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1、涡轮增压柴油机中冷技术的探讨温福易轮机工程（陆上）1082班一、引言由于对改善柴油机排气品质、排放量的控制、尽可能的节约能源和提高柴油机的功率的要求越来越高，导致目前涡轮增压技术应用非常广泛。而中冷技术对以上的要求同样起着十分重要的作用。涡轮增压柴油机的突出优点在今天已毋庸置疑，诸如在高海拔出的功率输出，或以高的扭矩提升来得到功率匹配良好的机车，而伴随着高功率的输出、高扭矩的提升，也出现了以下一些不满意的因素：柴油的燃烧质量下降、排气温度升高和排气量增加等。因此本研究的目的在于考察今日在涡轮增压柴油机中广泛应用的中冷技术是否可以加以改进，以求就各方面来说在提高功率及
2、提升扭矩的同时能最大限度地提高燃料的燃烧质量、降低排气温度等，并确定为此应该从哪方面来改进中冷技术为最好。这里主要从中冷器的冷却方式和其结构来考虑怎么改进。二、中冷器的作用（１）降低进气温度。涡轮增压发动机是有中冷器的，即在涡轮增压器和发动机之间引入了一个中冷器。这是因为发动机直接排出的废气温度通常高达8、9百度，会造成涡轮本体、进气温度升高，加之压缩空气时做功，增压压缩进气缸的气体就有可能过热而造成汽油预燃而发生爆震，影响动力输出；同时，高温也是引擎的隐形杀手。所以，增压发动机通常会引入中冷器来降低进气温度。一般来说，使用中冷后能减小50～60度的进气温度（离开临
3、界值），可以适当的提高发动机压缩比，改善低转速时的动力输出；同时由于冷空气的密度大，所以在相同条件下，这种设计可以提高发动机的进气密度，因此发动机工作效率更高。 由于涡轮的温度上升，所以会导致处在进气增压部分的涡轮的温度上升，进而导致进气温度的急剧升温，这样就会出现爆燃和进气效率下降，以前采取的办法是推迟点火，但是这样又会丧失最大扭矩的最佳点火时间，而且会出现新的点火时间下的排气温度上升，因而造成恶性循环。随着中冷器的诞生，这样的问题将会得到很好的改善，中冷器说白了就是冷却被增压完的空气，因此中冷器的作用就是冷却，结构一般有两大类，气冷和水冷，也有和散热水箱做成一体
4、的，其中单独的水冷式中冷器的效率最高，但结构也最复杂所以一般被应用到赛车上。有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降１０℃，发动机功率就能提高３％～５％。（２）降低排放。柴油机的排放污染物主要有CO、HC、NOX和微粒物等。此外,由于温室效应引起全球变暖的问题,CO2的排放量也受到限制。采用涡轮增压和增压中冷技术可降低其排放值。2.2.1一氧化碳（CO）柴油机中CO是燃料不完全燃烧的产物,主要是在局部缺氧或低温下形成的。采用涡轮增压后,可供燃烧的空气增多,并且增压发动机大多数工况负荷较大,发动机的缸内温度能保证燃料更充分燃烧,CO排放可进一步降低。2.
5、2.2碳氢化合物（HC）柴油机排气中的HC是主要由原始燃料分子、分解的燃料分子以及再化合的中间化合物所组成;小部分HC是由润滑油生成的。增压时,由于进气密度增加,可以改善油束的形成、提高燃油雾化质量,减少沉积于燃烧室壁面上的燃油,HC减少;增压还使柴油机燃烧整个循环的平均介质温度升高,氧化反应速率大,未燃HC排放降低。2.2.3氮氧化物（NOX）柴油机中氮氧化物的主要成分NO的生成取决于氧的浓度、温度及反应时间等。降低NO的措施是以降低火焰温度、氧浓度及高温下停留时间为目标。对于现有的自然吸气柴油机,如果只简单采用增压措施,可能会因为过量空气系数增大和燃烧温度的升高
6、而导致NOX增加。采用进气中冷技术降低进气温度,可降低增压柴油机NOX排放;如果采用先进的中冷技术后,可进一步降低进气充量的温度。进气充量温度降低,燃烧温度可以得到有效控制,有利于NOX的减少。实际应用中,柴油机增压时采用减小压缩比、推迟喷油定时等措施来减小热负荷、降低最高燃烧温度。压缩比的减小可以降低压缩终了的介质温度从而降低燃烧火焰温度;推迟喷油定时,可以缩短滞燃期,减少油束稀薄火焰区的燃料蒸发和混合,降低最高燃烧温度。为减少喷油定时导致的后燃期过长的问题,须增大供油速率,缩短喷油时间,以加快燃烧速率,缩短燃烧时间。2.2.4微粒物（PM）影响柴油机微粒物生成的
7、原因较复杂,其主要因素是过量空气系数、燃油雾化质量、喷油速率、燃烧过程和燃油质量等。此外,柴油机机内净化降低NOX的措施通常会带来PM增加。增压柴油机,特别是采用高增压压比和空—空中冷技术后,可显著增大进气密度,增加缸内可用的空气量。如同时采用高压燃油喷射、共轨电控喷射、低排放燃烧室和中心喷嘴四气阀技术,并提高燃油雾化质量,改善燃烧过程,则可有效地控制PM排放。三、目前中冷器的冷却方式目前应用的中冷器都采用错流外冷间壁式冷却方法,根据冷却介质的不同,有水冷式和风冷式两大类。3.1水冷式水冷式冷却根据冷却水系的不同又分以下两种方式。3.1.1用柴油机冷却系的冷却水
