3.高原涡轮增压
按平原条件标定和调试的柴油机,在高原运行,随海拔高度的增加柴油机的功率下降,性能恶化。增压是高原恢复功率的有效措施。涡轮增压器的选配可按上述给出的方法进行。计算中环境压力和温度应取相应海拔高度的数据。如柴油机原已增压则可按下表进行涡轮增压器重新匹配和调整。表3为高原柴油机增压匹配调整。
4.中冷器
空气在压气机中的温升取决于压气机的压比、压气机效率和压气机中的散热状况。在大多数情况下,由于增压空气温度的上升,其密度比的增值远远小于增压比,柴油机的热负荷随气缸进气温度的升高而明显增大。因此,随着发动机增压比的提高,冷却增压空气的效果就更加显著,所以增压空气中冷是增压最佳配合。
中冷器以水作冷却介质时,中冷器出口空气与冷却器冷却水进口温度之间的差值小于10℃,以空气作冷却介质时,有可能将增压空气的温度降到比环境温度约高15℃,一般以45℃,50℃或55℃作为参考值。当进气温度降低10℃时,内燃机循环平均温度将降低20℃,最高温度也降低。增压中冷可使内燃机排气中NOx浓度减少约1/4,CO和CH浓度减少近一半。
增压比πb<1. 5时,可不采用中冷。然而,有时为了减少排气中的有害成分宁可采用中冷,增压比πb<2. 0,必须采用中冷,以降低内燃机的热负荷,提高内燃机的可靠性。
中冷器的一个重要参数是中冷效率ηc,
式中 Tc----冷却介质进口温度(K);
Tb----中冷器前增压空气温度(K);
Tb'----中冷器后增压空气温度(K);
一般ηc可达0. 75~0. 85。
中冷器的压力降△P表示增压空气通过中冷器的压力损失。空气冷却式中冷器压力降为5~8kPa;水冷式中冷器压力降在5 kPa之内。
(1)空气经增压后温度可达120℃,若直接送入气缸,则动力损失可达38%;若能将增压气体温度降低至60℃,则动力可提高20%因此,增压压力较高的增压系统,均会安装中间冷却器,以免因空气温度升高而膨胀,使密度降低,含氧量减少。
(2)中间冷却器实际上是进气冷却器,也称为后冷却器(Aftercooler),是一种热交换器,以热交换方式的不同可分为两种:
气冷式:利用空气冷却,冷却器装在水箱前方,可将120℃的增压气体温度,降低至约60℃,现代汽车采用较多,如图19所示。
水冷式:利用发动机的冷却水冷却,可将150℃的增压气体温度,降低至发动机冷却水温度,约85℃。图20为常见的单级中空冷却器,从空气滤清器来的气流经机械式增压器增压后,先进入中空冷却器冷却后,在进入发动机各进气支管。单级中空冷却器是目前增压发动机中基本的配置,其冷却介质有水冷和空冷两种。
图21为奥迪3. 0TFSI发动机上,为了冷却被压缩的空气,集成安装的两个铝质水冷式中冷器,分别连接在一个独立冷却回路上,经过其中被压缩的热空气可以得到再次冷却,从而提高了进入燃烧室空气的含氧量,并使增压器的噪声降到最低。
现代车型中冷却已开始使用电子控制,用电动机计算机来控制电动水泵工作,使冷却效果更合理、更科学化。图22所示为增压发动机气、水冷中空冷器。