内燃机增压技术(2)..
内燃机原理(全)
五、二冲程内燃机工作循环和结构特点
1、工作循环特点：二冲程内燃机的工作 循环是在两个行程内，即曲轴旋转一周中 完成的。它和四冲程内燃机不同之处在于 它只有压缩和作功两个主行程，而其进气 和排气是在活塞处于下止点附近、以减小 部分压缩行程和损失部分作功行程为代价 来完成的，完成时间短，一般要通过提前 排气和随后的强制扫气、排气来实现。
的气缸容积称为燃烧室容积并以Vc表示。
7、气缸总容积Va：当活塞在下止点时，活塞上方 的气缸容积称为气缸总容积井以Va表示。
很明显：
Va = Vh + Vc
8、压缩比ε：气缸总容积与燃烧室容积之比称为 压缩比，以ε表示： Va
Vc
压缩比ε表示气缸中的气体被压缩后体积缩小
的倍数，它对内燃机的性能有重要影响。
三、内燃机的发展趋势
(一)内燃机性能指标的发展动向
1．强化程度不断提高： 提高内燃机的强化程度，使之在有限的气缸 工作容积条件下提高内燃机的功率。
2．降低燃油消耗率、提高经济性
3．提高内燃机的可靠性和耐久性 无故障期为5000h，表征耐久性的指标是大修 期。常以压缩压力下降到一定值(2.2~2.7MPa)或各 缸压力差增大到一定值(0.3MPa)即认为应当大修。
注意：在上、下止点时 ，活塞的运动方向改变 ，同时它的速度等于零 。
3、行程s(stroke)：
上止点与下止点间的距离称为活塞 行程s。由图1—3可见，活塞行程s等于曲
柄半径r的两倍，即: S=2r
4、气缸工作容积V h ：在一个气缸中，活
塞从上止点到下止点所扫过的容积称为
气缸工作容积V h 。如气缸直径D和活塞
10、按转速分：有高速、中速和低速内燃机。目前 汽油机均为高速内燃机，最高转速一般在6000转/分 以上，比柴油机的转速高；汽车用柴油机最高转速 4000转/分左右；而工程机械柴油机最高转速一般为 1500转/分—2000转/ 分。船舶用柴油机转速一般为
内燃机运用新技术的研究与发展
内燃机运用新技术的研究与发展1.前言内燃机作为现代交通工具的核心动力之一，一直处于不断发展的状态，不断创新和尝试新的技术，以提高性能、减少污染、降低噪音和节能，强化其在市场上的竞争力。
在这个过程中，内燃机运用新技术的研究和开发是至关重要的。
2.燃烧技术燃烧技术是内燃机发展进程中的重要组成部分，它涉及到内燃机的燃料和气体混合过程、燃烧过程和排放废气处理等方面。
如今，以燃料预混和燃烧技术和柴油直喷技术为代表的先进技术已经广泛应用于内燃机中。
燃料预混和燃烧技术是指将燃料和空气先作为预混物进行混合，在气缸内进行燃烧。
这种技术可以实现液态燃料在较低温度下自发燃烧，从而降低了燃油的消耗和污染物的排放。
而柴油直喷技术则是将高压喷射的燃料直接送入气缸中，减少了燃料电喷系统中的零部件，抑制了油品冲刷，同时也提高了燃烧效率和动力输出。
然而，目前普遍存在的缺陷是，燃烧中的温度和压力过高，导致发动机的性能和寿命出现问题。
因此，将更多的精力放在燃烧技术的优化和提高发动机的燃烧效率上是十分必要的。
3.电子控制技术近年来，电子控制技术在内燃机中的应用越来越广泛。
这是因为电子控制技术可以实现对发动机各项参数的精确控制，提高了发动机的效率和性能，同时可以减少污染物的排放。
以发动机控制单元（ECU）为例，它是内燃机电子控制的核心部件，可以实现对燃油喷射、点火时期等参数的精确控制，并对排放质量进行监测。
这种技术的应用可以有效地降低污染物排放，同时还可以提高发动机的燃油经济性和可靠性。
4.涡轮增压技术涡轮增压技术是一种由排气驱动的机械增压方式。
在这种技术中，由排气驱动的涡轮使空气被压缩，从而提高了燃烧的效率和功率输出。
涡轮增压技术已经广泛应用于汽车、卡车、船舶和飞机等领域。
与传统的机械增压系统相比，涡轮增压系统具有更小的尺寸和更高的效率，并且可以更好地适应不同负载和工况的要求。
5.先进材料技术内燃机需要承受高温、高压和高速等工况要求，因此使用先进材料对内燃机的性能和寿命都有着重要的提升。
汽车新技术分类
汽车新技术分类随着科技的不断发展，汽车行业也正在经历前所未有的变革。
本文将分类介绍汽车新技术，主要包括节能技术、动力技术、底盘技术、电子技术、智能驾驶、轻量化技术和安全技术。
1.节能技术节能技术是汽车技术的重要发展方向之一，旨在降低汽车的能源消耗，提高燃油效率。
以下是节能技术的几种分类：（1）燃油节能技术：燃油节能技术主要通过改进发动机设计和制造工艺，提高燃油利用率和减少燃油消耗。
例如，缸内直喷技术、可变气门正时技术、涡轮增压技术等。
（2）新能源节能技术：新能源节能技术包括电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池汽车等。
这些技术利用电池、燃料电池或其他可再生能源来减少对传统燃油的依赖。
（3）节能材料技术：节能材料技术主要通过采用轻质、高强度、高效率的材料来降低汽车的质量和能源消耗。
例如，高强度钢、铝合金、碳纤维复合材料等。
2.动力技术动力技术是汽车技术的核心领域之一，直接影响汽车的的动力性和经济性。
以下是动力技术的几种分类：（1）内燃机技术：内燃机技术是传统的汽车动力技术，主要通过改进内燃机设计和制造工艺来提高动力和经济性能。
例如，缸内直喷技术、可变气门正时技术、涡轮增压技术等。
（2）新能源动力技术：新能源动力技术包括电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池汽车等。
这些技术利用电池、燃料电池或其他可再生能源来提供汽车的动力。
（3）动力系统技术：动力系统技术包括自动变速器、无级变速器、混合动力系统等。
这些技术的应用可以提高汽车的动力和经济性能。
3.底盘技术底盘技术是汽车技术的重要组成部分，直接影响汽车的操控性和舒适性。
以下是底盘技术的几种分类：（1）悬挂系统：悬挂系统的设计和材料能够影响车辆的操控性和舒适性。
例如，双叉臂式悬挂、麦弗逊式悬挂等。
（2）制动系统：制动系统的性能和稳定性直接影响了汽车的安全性能。
例如，盘式制动器、鼓式制动器等。
（3）转向系统：转向系统的精确性和稳定性决定了汽车的操控性能。
例如，机械转向系统、液压助力转向系统、电动助力转向系统等。
内燃机的增压技术
内燃机的增压技术摘要：内燃机的增压技术现在已经得到了广泛的应用，对于提高内燃机的经济性和动力性起着相当关键的作用。
内燃机的增压需要利用专门的增压系统，在进气过程中采用强制的方法，以一定的压缩比，将更多的新鲜充量送入气缸内，更多的燃料可以与其混合燃烧，产生更多的热量，输出更高的输出功率。
本文主要介绍了内燃机的多种增压方式，分析了内燃机增压的特点，并详细阐述了废气涡轮增压的工作原理和分类。
关键词：内燃机增压增压方式废气涡轮中图分类号：tk4一、概述内燃机性能的改善的过程中，提高内燃机功率，尤其是提高内燃机升功率，是十分重要的一项措施。
内燃机所能发出的最大功率是主要根据气缸内燃料所能放出的热量决定的。
如果进入气缸前，空气经过压缩，则发动机进气密度增大，在相同的气缸容积内，可以有更多的新鲜空气与燃料进行混合。
因此采用增压的方式后，每循环的供油量可以大大地增加，内燃机也可以获得更大的功率，改善了内燃机的性能。
二、内燃机的增压方式1、机械增压机械增压是使用曲轴带动一组机械传动设备来驱动压气机进行工作的。
机械增压系统的结构较为复杂，增压比小，输出功率也较小。
但近几年，机械增压技术重新有了新的应用与发展，主要原因有：1）现代制造工艺水平有了较大改进，为机械增压提供了良好的技术环境。
2）小排量的发动机在采用废气涡轮增压时有较大难度，采用机械增压更为适合。
3）机械增压的加速响应性能好。
2、废气涡轮增压废气涡轮增压使用用排气过程中所排出废气的剩余能量来驱动压气机工作的。
因为废气涡轮增压利用了排气能量，所以既可以使内燃机功率输出变大，又一定程度的减少了燃油消耗率。
使得内燃机的经济性与动力性都有所提高。
3.、除了上述两种增压方式外，还有复合增压、气波增压、动力涡轮增压等应用较少的增压方式。
三、废气涡轮增压器1、废气涡轮增压器工作原理在内燃机中，燃料所供给能量的20～45%都是由排气带走的。
废气涡轮增压很好地利用了排气的能量来提高内燃机功率。
内燃机两级涡轮增压技术的研究
内燃机两级涡轮增压技术的研究近年来，随着客户要求的提高，对整车动力性、经济性、舒适性提出更高的标准，同时为了兼顾日趋严格的法规要求，两级涡轮增压技术成为增压技术的研究热点和发展趋势。
论文针对某型号两级增压柴油机进行试验，结果表明，两级增压有效提高了柴油机全工况性能，尤其是低速工况及部分负荷工况的动力性和燃油经济性。
标签：两级增压；涡轮；发动机性能0 引言随着能源与环境问题日益明显，且为适应越来越严格的排放法规要求，对内燃机的动力性与经济性提出了更高的要求。
因此，内燃机节能减排是备受关注的重大科学问题，也是国家能源战略的重要环节。
通过两级涡轮增压降低内燃机的排量，是内燃机节能和减排的关键技术之一。
1 两级涡轮增压技术的研究现状两级增压系统（Two-stage System）两级增压技术将两台涡轮增压器（大小可异同、可有无放气阀、可废气涡轮或机械、电力驱动）联合运行，通过控制系统可以按不同顺序、不同比例的多种调节措施对空气进行一级或两级压缩。
某两级涡轮增压是两个WGT增压器进行串联，通过真空调节器对增压器的高、低压技术进行控制，从而满足内燃机各工况下进气量的需求。
因此，近年来两级涡轮增压成为内燃机增压领域受到关注的热点之一。
但两级增压匹配复杂且难度大，是两级增压技术研究的主要难点。
两级增压系统有大小、类型不同的两级增压器，两级增压器之间以及它们与发动机的气动联系更为复杂，对匹配提出了更高的要求。
另外，高低压两级增压器在不同发动机工况下的运行特性及变化趋势是不一致的。
2 两级增压器性能试验及验证2.1 两级增压器性能试验论文选用某型号两级涡轮增压柴油机为研究对象，发动机主要参数见下表：2.2 试验结果：（匹配两级增压器与VGT增压器的区别）2.3 试验总结从以上图示可以看出，为兼顾低速与高速的动力性，两级增压器是非常完美的一个选择。
低速段，通过增压器高压级的工作来满足动力性；高速段，通过增压器低压级的工作来满足动力性。
内燃机二级增压
优点
1、能够消除涡轮迟滞； 2、可根据工况和海拔的变化精确控制 增压压力。
缺点
1、电机转速不足； 2、增压器轴承剧烈振动； 3、电机受高排温可靠性差； 4、电机变工况加速潜力不足。
基于VGT二级涡轮可调增压系统（R2T）
优点
1、大幅提高低速转矩； 2、有效避免了增压器效率降低、压气 机喘振、涡轮超温和超速等问题。
共同点：两者都需要更大的安装空间或者其他零件
区别： 1、电驱动压气机增压器可以拓宽增压特性图，叶片转动惯量小，而 且机械和热负荷也相对较低； 2、电驱动废气涡轮增压器在可能量回收这一方面较有优势，但此功 能比较复杂，其有效性仍需要验证。
05
技术展望
技术展望
电辅助二级增压系统可以解决涡轮 增压柴油机低速扭矩不足、加速响 应滞后和碳烟排放的问题，在二级 增压系统中应用前景巨大。
国内适用于电动增压器的压气机设 计方法还不成熟；高速电机技术复 杂 、 成本高昂 , 国内高速电机与世 界先进水平还有一定距离。
电辅助二级增压系统应用前景巨大，尽管 存在技术上的障碍 , 但是相信随着研究的进 一步深化, 这些问题终究会得到解决,电辅助 涡轮增压技术会越来越成熟。
谢谢！
敬请老师批评指正
采用二级增压技术可以进一步改善发动机排 放。增大空气供应量，配合合适的供油压力 和规律，使之尽可能完全燃烧，减少CO、 HC、PM 等物质的排放；降低燃烧温度，使 得氮氧化物生成减少。
02
国内外状况
国内研究现状
Domestic Research Situation
01 北京理工大学
A、设计了结构紧凑的二级增 压系统，将调节阀集成在高压 级涡轮壳内部； B、对普通二级增压系统匹配 方法进行了研究，建立了设计 工况点匹配和其他工况点的评 价计算模型； C、对不同海拔下柴油机可调 二级增压系统的经济性调节方 法进行了研究。
简述废气涡轮增压的工作原理
简述废气涡轮增压的工作原理
废气涡轮增压（Turbocharging）是一种常见的内燃机增压技术，通过利用废气能量来增加进气量和提高发动机的输出功率。
其工作原理如下：
废气能量回收：内燃机在燃烧燃料时会产生大量的废气，其中包含着高温高压的废气能量。
废气涡轮增压利用这部分能量，将废气引导到涡轮增压器中。
涡轮增压器：涡轮增压器由涡轮和压气机组成。
废气通过涡轮进入增压器，使涡轮高速旋转，产生巨大的动力。
涡轮与压气机通过轴连接，涡轮的高速旋转带动压气机旋转，使其产生高压气体。
压气机增压：压气机将进气进行压缩，提高进气密度和压力，将压缩后的气体送入发动机燃烧室。
通过增加进气压力，废气涡轮增压可以使发动机在相同排量下进入更多的空气，从而提高燃烧效率和输出功率。
控制系统：废气涡轮增压系统通常配备有控制系统，用于监测和控制涡轮增压器的工作状态。
控制系统可以根据发动机负荷和转速的变化，调节涡轮增压器的转速和进气压力，以确保发动机在不同工况下的最佳性能。
废气涡轮增压技术广泛应用于汽车、船舶、飞机等内燃机设备中，可以提高动力性能、减少燃料消耗和减低尾气排放。
通过有效利用废气能量，废气涡轮增压为内燃机提供了一种高效的增压解决方案。
涡轮增压的名词解释
涡轮增压的名词解释涡轮增压是一种常用于内燃机中的动力增压技术，通过增加发动机的进气压力，从而提高其燃烧效率和功率输出。
一般来说，涡轮增压分为单涡轮增压和双涡轮增压两种类型。
1. 涡轮增压的原理涡轮增压器是通过使用废气能量来驱动的，废气由发动机燃烧过程中产生，其中包含着巨大的能量潜力。
涡轮增压器由一对叶轮组成，其中一个叶轮与发动机的排气管相连，另一个叶轮则与进气管相连。
当发动机运转时，废气通过排气管流过涡轮增压器的叶轮，使其高速旋转。
旋转的叶轮会驱动进气管中的叶轮转动，从而将大量空气吸入发动机中。
2. 单涡轮增压器在单涡轮增压系统中，涡轮增压器只有一对叶轮。
当废气经过排气管流过涡轮增压器叶轮时，叶轮旋转并通过轴将动力传输到进气管上的叶轮。
进气的叶轮旋转，使大量空气被强制进入发动机中，进而增加了发动机的燃烧效率。
由于动力由排气管中的废气提供，单涡轮增压系统存在一定的滞后性，即在发动机低油门时可能出现涡轮拉力不足的情况。
然而，一旦发动机运转速度提高，涡轮增压系统会迅速提高进气压力，从而提供更强大的动力。
3. 双涡轮增压器双涡轮增压系统由两对涡轮组成，其中一对主涡轮负责增压，另一对副涡轮则提供辅助增压。
主涡轮与排气管相连，副涡轮则与主涡轮相对称地放置在进气管上。
这种设计可以提供更高的进气压力，并平衡涡轮拉力的变化。
主涡轮在车辆低油门时提供动力，而在高油门时则由副涡轮提供额外的增压。
双涡轮增压系统可以显著提高发动机的动力输出，并且在动态响应和燃烧效率方面效果更佳。
4. 涡轮增压的应用涡轮增压技术广泛应用于汽车、船舶和航空领域。
在汽车中，涡轮增压可以提高发动机的输出功率，并减少燃油消耗，降低尾气排放。
由于增压器能提供额外的空气进入发动机，汽车在超过一定转速后会表现出更为迅猛的加速性能。
船舶和飞机上的涡轮增压系统可以提供更高的动力和提高燃烧效率，使其在高海拔或高速情况下仍能保持出色的性能。
总结涡轮增压是通过利用废气能量来提高内燃机动力输出和燃烧效率的技术。
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T4 s Ta ks T4 Ta
在涡轮增压器中压气机等熵效率一般为0.70-0.85。
第二章
§2-1
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
（2）多变效率 定义：压气机多变压缩功和消耗的总功之比
kn Wkn / Wp
当忽略压气机进、出口的气流动能差时，故
kn
n (n 1) n(k 1) k (k 1) k (n 1)
由于多变压缩功大于等熵压缩功，故：
ks (0.97 ~ 0.99)kn
第二章
离心式压气机
§2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析
1. 工作轮结构及工作特性
压气机工作轮由导风轮和叶轮组成，工作轮是压气 机最重要的元件，涡轮传输给压气机的功能通过工作轮 传给空气，从而使工作轮出口处的空气压力和绝对速度 都大大增加，以达到增压的目的。
D2 ---压气机工作轮外径
对增压器来说，工作转速一般控制在每分钟几万 转至十几万转，个别压气机最高转速达20万转/分以 上。
第二章
§2-1
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
4)效率 压气机消耗的总功为
2 2 2 2 c c c c k Wp dp Wr 4 a R(T4 Ta ) 4 a a 2g k 1 2g 4
导风轮
叶轮
第二章
离心式压气机
§2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析
压气机工作轮由导风轮和叶轮组成。其中， 叶轮按结构形式分为：闭式、半开式、开式 三种：
闭式
半开式
开式
第二章
离心式压气机
§2-2 压气机工作轮结构及气流运动分析
Gmax Gmin 3 ~ 4.5
• 压气机的流量范围决定了它适用的柴油机功率范 围，流量范围越宽，其适用的发动机机功率范围愈 大。
第二章
§2-1
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
3) 转速 定义：压气机工作轮每分钟的转速称为压气机转速。
60u2 nk D2
u2 ---压气机工作轮外端线速度
第二章
§2-1
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
2．压气机的等熵压缩功分析
压气机的作用是提高 气体的压力。并应在消 耗功为最少的情况下达 到预规定的压力值。在 各种条件下，等熵压缩 所消耗的功最小，故把 等熵压缩功Wks作为衡量 实际压缩过程好坏的心式压气机
离心式压气机工作过程分析
Wkn
4
a
dp /
（2-3）
第二章
§2-1
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
将多变过程方程式
dp const n
代入（2-3）式，整理后得
( n 1)
d
Wkn nR T4 Ta / n 1
n---多变指数，与流动阻力有关。
第二章
§2-1
离心式压气机
• 式中： ---气体比重 k---等熵指数
第二章
§2-1 将dp代入(2-1)式，整理后有
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
kR T4 s Ta Wks k 1
又由于
P4 s k 1 k T4 s Ta ( ) Pa
Wks KRTa k
P4 S k Pa
p4 k pa
• P4---压气机出口气流压力 气机进口气流压力）
Pa------环境压力（压
第二章
§2-1
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
• 2) 流量 • 定义：单位时间内流过压气机气体的重量或体积。 • 每一台压气机在一定的流量范围内，用给定增压 比下，其最大流量 Gmax和最小流量 Gmin之比来表示，一 般
2 2 c4 ca 式中：进气速度Ca与出口速度C4基本接近，故 0 2g
4
压气机消耗的总功主要用于气体的压缩功 a 服流动阻力损失 Wr
dp
，和克
第二章
§2-1
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
（1）等熵效率 定义：压气机等熵压缩功和消耗的总功之比
ks Wks / Wp
当忽略压气机进、出口的气流动能差时，故
第二章 离心式压气机 §2-1 离心式压气机工作过程分析
1．离心式压气机结构简图及工作过程
第二章 离心式压气机 §2-1 离心式压气机工作过程分析
空气沿进气道（1）进入工作轮（2），沿着工作 轮上叶片所构成的通道流动，由于工作轮中空气随工 作轮一起旋转，因此受到离心力的作用，使空气压缩， 这时压力从P1增加到P2，气流速度从C1增加到C2， 空气在工作轮中的压缩及其速度增加是由于驱动工作 轮的机械功转化而来的 。在扩压器（3）中，把工作 轮流出的空气动能转为压力能，空气速度从C2降低 到C3，压力从P2增加到P3，空气经扩压器后，进入 出气蜗壳（4），在出气蜗壳中空气动能继续转变为 压力能，压力进一步升高到P4，速度降低到C4。
离心式压气机工作过程分析
•
• •
从T-S图看出，多变压缩功大于等熵压缩 功，即：
Wr Wkn Wks
Wr -----热阻功：因克服流动阻力消耗的功在
压缩过程中几乎全转变为热量，对气体进行了 补充加热，导致实际压缩功增加。
第二章
§2-1
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
3．压气机的主要工作参数 • 1) 增压比 • 定义：压气机出口气流压力与进口气流压力之比。 它是压气机最主要的工作指标 。
2．1理想状态
空气从压气机进口状态a(Pa,Ta)被等熵压缩至出口 状态4s(,)，这时所需的等熵压缩功为 ： 4 s dp Wks （2-1） a
• 利用等熵压缩过程的气体状态方程式 pV K p K const (常数) •
dp const k ( k 1)d
1
k 1 k
k 1
(2 2)
R---气体常数
k ---增压比
第二章
§2-1
离心式压气机
离心式压气机工作过程分析
2．2 实际状态
压气机的实际压缩过程是伴随着流动阻力损失和热量交换 的，是沿着熵增加的方向进行的。过程线a-4表示了该多变压 缩过程，为了便于进行多变压缩过程（实际）和等熵压缩过程 （理想）比较，通常认为两种压缩过程具有相同的初、终压。 这时实际压缩过程的终点4(P4、T4)和等熵压缩过程的终点 4s(P4、)在同一根等压线P4上。 多变压缩功为：