發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要研究發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展前景。</p><p>　　闡述了發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的作用和目的以及增壓方式分類。</p><p>　　闡述了發(fā)動機(jī)的廢氣渦輪增壓技術(shù)的研究意義及發(fā)展現(xiàn)狀。</p><p>　　介紹了廢氣渦輪增壓

2、系統(tǒng)中各組成部件的作用及工作原理;介紹了增壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理。</p><p>　　提出了目前汽油機(jī)增壓的難點(diǎn)、可能遇到的問題和針對這些問題應(yīng)采取的措施。</p><p>　　論述了發(fā)動機(jī)渦輪增壓技術(shù)發(fā)展趨勢及前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)增壓，發(fā)展現(xiàn)狀，工作原理，汽油機(jī)，發(fā)展趨勢</p><p><b>　　

3、Abstract</b></p><p>　　This paper studies the application status of the engine turbocharger technology, working principles, technical characteristics and development prospects. Describes the role o

4、f technology and the supercharged engine and the supercharger way classification purposes. Describes the engine exhaust turbocharger technology research and development status of significance.     

5、Turbocharged system introduced in the role of the various component parts and principle; describes the structure and turb</p><p>　　Keywords: Supercharged engine supercharger technology, Development status, W

6、orking principle, Gasoline, trends</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　1發(fā)動機(jī)增壓概論2</p>

7、<p>　　1.1發(fā)動機(jī)增壓的作用和目的2</p><p>　　1.2發(fā)動機(jī)增壓方式3</p><p>　　1.2.1機(jī)械增壓3</p><p>　　1.2.2渦輪增壓4</p><p>　　2發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及特點(diǎn)5</p><p>　　2.1增壓技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r5</p>&

8、lt;p>　　2.2渦輪增壓研究現(xiàn)狀5</p><p>　　2.3渦輪增壓技術(shù)特點(diǎn)7</p><p>　　3廢氣渦輪增壓的原理9</p><p>　　3.1離心式壓氣機(jī)的工作原理9</p><p>　　3.1.1空氣在壓氣機(jī)中的流動9</p><p>　　3.1.2壓氣機(jī)的絕熱效率11</p&g

9、t;<p>　　3.1.3壓氣機(jī)的特性曲線11</p><p>　　3.2徑流式渦輪機(jī)的工作原理12</p><p>　　3.2.1燃?xì)庠跍u輪機(jī)中的流動12</p><p>　　3.2.2渦輪機(jī)的特性13</p><p><b>　　4汽油機(jī)增壓14</b></p><p>

10、;　　4.1汽油機(jī)廢氣渦輪增壓研究意義14</p><p>　　4.2汽油機(jī)增壓的特點(diǎn)14</p><p>　　4.3汽油機(jī)廢氣渦輪增壓的障礙15</p><p>　　4.4車用渦輪增壓汽油機(jī)參數(shù)匹配特點(diǎn)15</p><p>　　4.4.1抑制爆振燃燒和降低熱負(fù)荷15</p><p>　　4.4.2改善渦輪增

11、壓汽油機(jī)的扭矩特性16</p><p>　　4.4.3改善渦輪增壓汽油機(jī)的加速性16</p><p>　　4.4.4噴水技術(shù)在汽油機(jī)增壓中的應(yīng)用17</p><p>　　4.4.5汽油機(jī)增壓的發(fā)展17</p><p>　　5發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的發(fā)展趨勢20</p><p>　　5.1可變截面渦輪增壓器20<

12、;/p><p>　　5.2新工藝、新材料20</p><p><b>　　5.3新理念21</b></p><p><b>　　結(jié) 論22</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24&

13、lt;/b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，對于發(fā)動機(jī)的功率要求也越來越高，因此就需要不斷提高發(fā)動機(jī)的動力性。</p><p>　　提高發(fā)動機(jī)升功率的最有效措施是提高發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中的沖量密度，即采用增壓技術(shù)。增壓按其定義是在增壓器中壓縮進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管前的沖量，增加進(jìn)氣管中沖量

14、的密度，使得進(jìn)入汽缸的實際進(jìn)氣量比自然吸氣發(fā)動機(jī)的近氣量多，來達(dá)到增加發(fā)動機(jī)功率的目的。增壓器所需能量來源的不同，一般可分為機(jī)械驅(qū)動式增壓和廢氣渦輪增壓兩類。機(jī)械增壓將使內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率降低，廢氣渦輪增壓是最有效的增壓方式。1905年，蘇爾壽兄弟研發(fā)公司的總工程師阿爾佛雷德?J?波西博士在瑞士溫特圖爾首次提出了渦輪增壓的概念，并于當(dāng)年的11月16日，被德國專利局授予了第204630號專利“內(nèi)燃機(jī)輔助增壓器技術(shù)”，這標(biāo)志著渦輪增壓技術(shù)正式

15、誕生。波西也被公認(rèn)為渦輪增壓技術(shù)的創(chuàng)始人。1912年，世界上第一臺廢氣驅(qū)動的增壓器正式問世，1961年，小轎車開始嘗試性地安裝增壓器，但因為瞬間產(chǎn)生的巨大壓力和熱量，使安裝后效果并不理想。經(jīng)過百年的不斷發(fā)展，渦輪增壓技術(shù)已經(jīng)日趨成熟和完善。</p><p>　　隨著渦輪增壓技術(shù)的普及、深入，有關(guān)渦輪增壓方面的新技術(shù)、新工藝、新材料、新理念開始不斷涌現(xiàn)。</p><p>　　渦輪增壓器根據(jù)廢

16、氣在渦輪機(jī)內(nèi)不同的流通方向，可分為徑流式渦輪與軸流式渦輪兩大類。大中型柴油機(jī)多采用軸流式渦輪增壓器，而對于車用內(nèi)燃機(jī)則采用徑流式渦輪增壓器。徑流式渦輪增壓器由離心式壓氣機(jī)和徑流式渦輪機(jī)這兩個主要部分，以及支承裝置、密封裝置、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)所組成。</p><p>　　車用汽油機(jī)的速度和功率范圍寬廣，工況變化頻繁，扭矩儲備要大，這些在采用廢氣渦輪增壓后，不采取特殊措施，會限制它的推廣。汽油機(jī)的過量空氣系數(shù)比較小

17、，所以工作溫度比柴油機(jī)高，增壓后尤為突出。而且汽油機(jī)空燃比由于工作循環(huán)的性質(zhì)決定，仍需限制在較濃的狹窄范圍內(nèi)，又不能用較大的氣門重疊角使較多的掃氣空氣來降低燃燒室零件和排氣的溫度。對增壓汽油機(jī)來說，進(jìn)入汽缸的混合氣，因受壓氣機(jī)壓縮的影響，其溫度一般要比非增壓高。又由于增壓汽油機(jī)的熱負(fù)荷高，燃燒室和氣缸的壁面溫度較高，對新鮮充量的熱輻射和熱傳導(dǎo)都將增加，這也會導(dǎo)致焰前反應(yīng)的增加，促使正常燃燒速度增加，但對未燃混合氣的壓爆作用也增強(qiáng)。<

18、;/p><p>　　隨著新材料、新技術(shù)、新理念的出現(xiàn)，發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)正朝著高效率，精減系統(tǒng)的零部件，簡化在機(jī)器上的安裝，延長大修間隔期，減少維修工作量及維修工時，保證在整個壽命周期更低的運(yùn)行成本的趨勢不斷發(fā)展。</p><p>　　本課題針對發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)，闡述其工作原理，介紹了廢氣渦輪增壓的增壓器和發(fā)動機(jī)的匹配過程，探討了渦輪增壓技術(shù)特點(diǎn)、優(yōu)勢，分析了增壓技術(shù)的發(fā)展趨勢。</p

19、><p><b>　　1發(fā)動機(jī)增壓概論</b></p><p>　　1.1發(fā)動機(jī)增壓的作用和目的</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代社會對各種動力裝置的動力性能要求越來越高。對汽車的動力要求更加迫切，因此就需要不斷提高汽車發(fā)動機(jī)的強(qiáng)化程度。評價發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度的主要動力指標(biāo)是升功率，升功率可用下式表示:</p><

20、;p>　　=/ （1-1）</p><p>　　式中: -平均有效壓力</p><p><b>　　-發(fā)動機(jī)沖程系數(shù)</b></p><p>　　-發(fā)動機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速，r/min.</p><p>　　在一定的沖程系數(shù)時，升功率可有兩種方式提高：提高平均有效壓力或提高標(biāo)定轉(zhuǎn)速。提高轉(zhuǎn)速時升功率提高的幅度

21、不大，因為其受到燃燒惡化、容積和機(jī)械效率的急劇降低、使用可靠性下降、發(fā)動機(jī)振動和噪聲加大以及工作壽命縮短等原因的限制。一般中型高速柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速不超過3000r/min，相應(yīng)的活塞平均速度為12-13m/s。汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速一般也不超過6000r/min。提高升功率的第二個途徑是提高平均有效壓力，提高時發(fā)動機(jī)機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷不成比例增加，因此允許作大幅度提高，甚至可成倍增長。</p><p><b>　　=

22、 （1-2）</b></p><p>　　式中 -燃料低熱值</p><p><b>　　-過量空氣系數(shù)</b></p><p>　　-燃燒lkg燃料所需理論空氣量</p><p><b>　　-發(fā)動機(jī)指示效率</b></p><p><b&

23、gt;　　-發(fā)動機(jī)機(jī)械效率</b></p><p><b>　　-發(fā)動機(jī)的充氣效率</b></p><p><b>　　-氣缸中的充氣密度</b></p><p>　　式中，及是常數(shù)，而對于非增壓四沖程柴油機(jī)。三個效率的提高是有限的，于是非增壓柴油機(jī)的強(qiáng)化主要是靠減小來實現(xiàn)的，但是過分減小會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)熱應(yīng)力提高

24、，燃燒過程惡化，冷卻系帶走的熱量增加，還會使發(fā)動機(jī)的指示效率下降。</p><p>　　所謂增壓，就是借助于裝在發(fā)動機(jī)上的專用增壓裝置，預(yù)先壓縮進(jìn)入氣缸的空氣，以提高進(jìn)入氣缸中的充氣密度。增壓的作用是在氣缸容積一定的情況下，充氣密度越大，新鮮空氣的絕對量越大，就可以噴入較多的燃料進(jìn)行燃燒，發(fā)動機(jī)就能發(fā)出更大的功率。增壓后發(fā)動機(jī)功率的增長程度常以增壓度表示，</p><p><b>

25、;　　（1-3）</b></p><p>　　式中-增壓后的充氣密度</p><p><b>　　-增壓前的充氣密度</b></p><p>　　由公式可以看出，增壓度的大小取決于充氣密度的提高程度，而，故充氣密度的提高，除了提高進(jìn)氣壓力以外，還可以降低進(jìn)氣溫度。于是為了增強(qiáng)增壓效果，特別是在高增壓情況下需要采用進(jìn)氣冷卻措施，中冷除

26、了可以提高充氣密度以外還可以相應(yīng)降低排氣溫度，對降低發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷也是有利的。關(guān)于增壓程度的劃分目前尚無統(tǒng)一的規(guī)定，但通常以增壓壓力劃分。一般劃分的范圍為:</p><p>　　低增壓<0. 18MPa (=0. 8-1.OMPa)</p><p>　　中增壓=0. 18-0. 25MPa (=0. 9-1. 5MPa)</p><p>　　高增壓=0. 25-

27、0. 35MPa (=1. 4-2. 2MPa)</p><p>　　超高增壓> 0. 35MPa (>2.OMPa)</p><p>　　1.2發(fā)動機(jī)增壓方式</p><p>　　發(fā)動機(jī)增壓按其增壓方式可分為四類:</p><p>　　用專門增壓裝置的增壓，包括慣性增壓、動力增壓、諧波增壓等;</p><p&

28、gt;　　機(jī)械增壓:通過發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動壓氣機(jī)，以提高進(jìn)氣壓力的增壓方式。</p><p>　　發(fā)動機(jī)廢氣能量驅(qū)動增壓器，分廢氣渦輪增壓和氣波增壓兩種;</p><p>　　復(fù)合增壓，同時采用機(jī)械式和廢氣渦輪式兩種形式的增壓。</p><p><b>　　1.2.1機(jī)械增壓</b></p><p>　　機(jī)械增壓器由發(fā)動機(jī)曲

29、軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動或經(jīng)同步齒形帶及電磁離合器驅(qū)動。早期較多采用離心式壓氣機(jī)，近年來發(fā)展了各種轉(zhuǎn)子式、葉片式增壓器。一般不超過0. 17MPa，否則壓氣機(jī)功率消耗過大，使整機(jī)的機(jī)械效率下降，導(dǎo)致燃油消耗率增加。采用機(jī)械增壓時，渦輪增壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于排氣背壓，所以機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)的加速性優(yōu)于渦輪增壓發(fā)動機(jī)，而且發(fā)動機(jī)的泵氣損失小。在增壓器發(fā)展歷程中，早期多采用機(jī)械增壓，后來被渦輪增壓取代。近來由于汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍越來越寬，渦輪增壓器與其匹配存在一定

30、的困難，再加上小轎車對加速性的要求也越來越高。渦輪增壓器己經(jīng)難以勝任，于是又重新啟用機(jī)械增壓。而且目前小功率汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)4000-6000r/min，新發(fā)展的機(jī)械增壓器轉(zhuǎn)速也只有10000r/min左右，只需傳動比為2左右的皮帶傳動即可。同時小功率發(fā)動機(jī)的增壓度不高，0.17MPa，這正是機(jī)械增壓器的適用范圍。機(jī)械增壓的特點(diǎn)是能有效地提高發(fā)動機(jī)功率，與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。另外，機(jī)械增壓器與發(fā)動機(jī)容易匹配，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。

31、但是，由于驅(qū)動增壓器需要消耗發(fā)動機(jī)的功率。</p><p><b>　　1.2.2渦輪增壓</b></p><p>　　廢氣渦輪增壓是將發(fā)動機(jī)排出的部分能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而帶動同軸的壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，壓氣機(jī)將壓縮后的空氣充入氣缸實現(xiàn)增壓。</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn):</b></p><p>

32、　?。?）發(fā)動機(jī)重量和體積增加很少情況下，發(fā)動機(jī)不需作重大改變很容易提高功率20%-50%。由于不像機(jī)械增壓時增壓比受到限制，故近年來高增壓的趨勢越來越明顯。高增壓時功率提高甚至可大于100%。</p><p>　?。?）由于廢氣能量的收回發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性會明顯的提高，一般由于廢氣能量的回收能提高經(jīng)濟(jì)性3%-4%，再加上相對地減少了機(jī)械損失及散熱損失，提高了發(fā)動機(jī)機(jī)械效率和熱效率，使發(fā)動機(jī)渦輪增壓后油耗率降低5%-1

33、0%。</p><p>　　（3）渦輪增壓發(fā)動機(jī)對海拔高度的變化有較高的適應(yīng)力，在高原地區(qū)工作時比非增壓發(fā)動機(jī)功率下降要少的多，故渦輪增壓除了用來提高發(fā)動機(jī)功率，外還可用作高原發(fā)動機(jī)恢復(fù)功率。</p><p>　?。?）渦輪增壓后排氣噪聲相對減少，排氣煙度及排氣中有害成分也減少，故對減少污染是有利的。</p><p><b>　　缺點(diǎn):</b>

34、</p><p>　?。?）至今為止渦輪增壓發(fā)動機(jī)的加速性以接近非增壓或機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)，但仍有差異。</p><p>　?。?）與機(jī)械增壓相比，渦輪增壓時熱負(fù)荷問題較嚴(yán)重。</p><p>　?。?）對大氣溫度及排氣背壓比較敏感，故經(jīng)常在高背壓下工作的發(fā)動機(jī)不宜采用渦輪增壓。</p><p>　　2發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及特點(diǎn)</p&g

35、t;<p>　　2.1增壓技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　目前普遍使用的增壓器轉(zhuǎn)速范圍為60000--120000r/min，最高的轉(zhuǎn)速如三菱重工生產(chǎn)的TD-02渦輪增壓器轉(zhuǎn)速以達(dá)260000r/min，最高壓比可達(dá)3-3.5，個別的如法國小型渦輪公司生產(chǎn)的TCS14型增壓器增壓比接近5，它用于低壓縮比的超高增壓發(fā)動機(jī)。在成批量生產(chǎn)的渦輪增壓器中，已公開發(fā)表的最小葉輪直徑為34mm最小的質(zhì)量僅為

36、2kg，它可用于排量為150mL的7. 4Kw小型發(fā)動機(jī)的增壓，葉輪140mm以下的增壓器，壓氣機(jī)最高效率可達(dá) = 0.78-0.80, 增壓器總效率可達(dá) = 0.55-0.60。增壓發(fā)動機(jī)在高速四沖程柴油機(jī)領(lǐng)域內(nèi)平均有效壓力最高可達(dá)= 3.14MPa，最低油耗率在絕熱發(fā)動機(jī)上可達(dá)163g/(kWh)，在車用發(fā)動機(jī)上實際達(dá)到的較好水平是=1.37-1.76MPa，=197-210g /(kWh) 。</p><p&g

37、t;　　2.2渦輪增壓研究現(xiàn)狀</p><p>　　經(jīng)過80多年的不斷發(fā)展，特別是20世紀(jì)90年代以來，由于CAD/CAM，電控、材料和制造技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的成果被大景用于增壓技術(shù)領(lǐng)域，從而出現(xiàn)多種增壓方式。針對不同的車用發(fā)動機(jī)，使用不同的增壓方式才能達(dá)到最佳的匹配。由于廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)簡單，而目前對提升發(fā)動機(jī)性能效果很好，當(dāng)1臺發(fā)動機(jī)裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器的相

38、比，可增加大約40%甚至更多;或者說1臺小排量的發(fā)動機(jī)經(jīng)增壓后，可以產(chǎn)生較排量發(fā)動機(jī)相同的功率;試驗證明由于渦輪增壓發(fā)動機(jī)的燃燒比較完全，排煙濃度降低，廢氣中CO和HC含量明顯減少，NO含量也大為改觀，對減少汽車排氣污染有利。此外，由于燃燒壓力升高率降低，發(fā)動機(jī)工作柔和，噪聲比較小;而且在高原地區(qū)也可以恢復(fù)功率減少油耗。由于裝在汽油機(jī)上爆震傾向大大增強(qiáng)，而且汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率范圍寬，系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以目前應(yīng)用較少，只有少數(shù)高級轎車安裝，

39、但是隨著技術(shù)的不斷提高，應(yīng)用會越來越廣。裝在柴油機(jī)上不存在什么大難題所以普及很廣，在重型柴油機(jī)上已經(jīng)達(dá)到了100%，而且目前已向小型柴油機(jī)迅速發(fā)展。</p><p>　　渦輪增壓是目前全世界汽車廠商運(yùn)用最為廣泛的發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)。國內(nèi)非常常見的國產(chǎn)的奧迪、帕薩特、寶來的1.8T發(fā)動機(jī)就是采用的這種技術(shù)。這種技術(shù)的優(yōu)勢很明顯，它可以利用發(fā)動機(jī)排出廢氣產(chǎn)生的能量，來大幅度提高發(fā)動機(jī)的動力輸出。最早的汽油渦輪增壓發(fā)動機(jī)運(yùn)

40、用在量產(chǎn)車型是在60年代。當(dāng)時，這個車有一個讓人很難容忍的缺點(diǎn)，那就是在低轉(zhuǎn)速的時候動力非常差，甚至還比不上一臺同等排量的自然吸氣式發(fā)動機(jī)，這種強(qiáng)烈的渦輪遲滯使得這臺發(fā)動機(jī)的動力輸出很不流暢。</p><p>　?。?）渦輪遲滯是渦輪增壓發(fā)動機(jī)面臨的最大難題。盡管渦輪增壓能給發(fā)動機(jī)帶來更強(qiáng)的動力輸出，但是作為一臺民用汽車，流暢的動力輸出也是非常重要的。早期的渦輪增壓器，其渦輪遲滯非常嚴(yán)重，發(fā)動機(jī)要保持在3500轉(zhuǎn)

41、以上才能獲得充沛的動力，在低轉(zhuǎn)速時發(fā)動機(jī)動力輸出非常弱。除此之外，渦輪增壓發(fā)動機(jī)的壓縮比還得降低到6.5：1以下，來避免氣缸過熱。即便采用了這些保護(hù)發(fā)動機(jī)的設(shè)計，當(dāng)時的渦輪增壓發(fā)動機(jī)仍然比自然吸氣式發(fā)動機(jī)的可靠性差。</p><p>　　渦輪遲滯會給普通民用車的日常行駛帶來很大麻煩：在低轉(zhuǎn)速時，渦輪增壓器沒有介入，同時廢氣仍然要驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，排氣沒有自然吸氣發(fā)動機(jī)順暢，此時的發(fā)動機(jī)扭力輸出比同等排量的自然吸氣式發(fā)

42、動機(jī)還要弱。隨著發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，例如突破3500轉(zhuǎn)以后，渦輪增壓器突然介入，這個時候的產(chǎn)生的動力將陡增。這種動力的突然“陡增”不但損害了動力輸出的平順性，讓開車和坐車的人感覺很不舒服，同時還會使車輛難以控制，因為這個時候產(chǎn)生的扭力的增加是非常大而且非常突然的，在路面濕滑的情況下甚至?xí)霈F(xiàn)車輪打滑，對于駕駛員的操作是很大的考驗。</p><p>　　1978年保時捷911的3.3升渦輪增壓發(fā)動機(jī)問世，它取代了3.

43、0升的渦輪增壓發(fā)動機(jī)。這款3.3升的發(fā)動機(jī)在渦輪增壓器和發(fā)動機(jī)之間引入了一個中冷器，它能減小發(fā)動機(jī)50-60度的進(jìn)氣溫度。由于冷空氣的密度大，所以在相同條件下，這種設(shè)計可以提高發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣密度，因此發(fā)動機(jī)工作效率更高。于此同時，由于進(jìn)氣溫度的降低，緩解了氣缸過熱的問題，因此可以適當(dāng)?shù)奶岣甙l(fā)動機(jī)壓縮比，改善低轉(zhuǎn)速時的動力輸出。到了80年代，渦輪增壓的公路性能進(jìn)一步被改進(jìn)。隨著材料和工藝的進(jìn)步，渦輪的重量被設(shè)計的越來越輕，運(yùn)動慣性慣性也就越

44、來越小。這些改進(jìn)顯著提高了渦輪增壓器的響應(yīng)性，改善了渦輪遲滯。制造渦輪的材料主要分為不銹鋼和陶瓷兩種（其中陶瓷的性能更高）。</p><p>　　（2）早期的渦輪增壓發(fā)動機(jī)是純機(jī)械的將空氣壓縮和送入燃燒室。其增壓值隨著發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速改變而成比例改變（因為渦輪的轉(zhuǎn)速取決于排氣的流速，因此與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速相關(guān)）。這樣在高轉(zhuǎn)速的時候，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣壓力非常高，如果進(jìn)氣壓力過高，發(fā)動機(jī)就很容易產(chǎn)生暴燃，這種暴燃是對發(fā)動機(jī)有損害

45、的。要解決這個辦法，就需要在進(jìn)氣壓力過大的時候，有一個卸壓的裝置，這種這裝置被稱作Waste gate。Waste gate是一個安裝在進(jìn)氣管上的閥門，一旦壓力超過臨界值，此閥門打開，可以釋放出多余的高壓氣體，確保發(fā)動機(jī)不受損害。</p><p>　?。?）在進(jìn)氣管上安裝卸壓閥門，是80年的增壓控制獲得的一個偉大進(jìn)步，它大大提高了渦輪增壓發(fā)動機(jī)的可靠性。早期的卸壓閥是純機(jī)械的，控制不是很精確。之后出現(xiàn)了電子控制的

46、卸壓系統(tǒng)，通過它可以自動或手動調(diào)節(jié)渦輪增壓器的工作壓力。例如：它能設(shè)置讓發(fā)動機(jī)在3000轉(zhuǎn)以下產(chǎn)生1.4ba的增壓壓力，在3000-4500轉(zhuǎn)產(chǎn)生1.6bar的增壓壓力，在4500rpm以上產(chǎn)生1.8bar的增壓壓力。在這套系統(tǒng)的幫助下，發(fā)動機(jī)可以獲得更加線性的動力輸出。這些電控卸壓閥的開閉都是通過ECU來直接控制的。</p><p><b>　?。?）雙渦輪增壓</b></p>

47、<p>　　對于2500cc以上的大排量發(fā)動機(jī)來說，通常會采用兩個較小的渦輪增壓器取代一個較大的渦輪增壓器。小直徑的渦輪增壓器擁有更輕的重量和更小的慣性，因此能有效的減小渦輪遲滯。V型發(fā)動機(jī)和水平對置發(fā)動機(jī)更適合使用這種渦輪增壓，每一個增壓器可以通過一列氣缸的排氣驅(qū)動。與單渦輪增壓器相比，雙渦輪增壓有效減小了進(jìn)氣管的數(shù)量，減小了增壓器的體積，更重要的是它減小了渦輪遲滯。</p><p>　　雙渦輪增

48、壓器可以分為兩種。一種是并聯(lián)式的雙渦輪，它擁有兩個小直徑的渦輪增壓器，渦輪高低轉(zhuǎn)速，兩個渦輪都是同時運(yùn)轉(zhuǎn)的。這種渦輪增壓器通過小而輕的渦輪，可以改善發(fā)動機(jī)的響應(yīng)性。另一種是串聯(lián)式雙渦輪增壓，它由兩個不同尺寸的渦輪構(gòu)成，低轉(zhuǎn)速時只采用小尺寸的渦輪，高轉(zhuǎn)速時才啟動大尺寸的渦輪（此時是兩個渦輪同時工作），這種設(shè)計的好處是讓發(fā)動機(jī)的輸出更線性。</p><p>　?。?）低值增壓器（LPT）</p><

49、;p>　　低值增壓是近些年來發(fā)展的一種新的發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)。薩博是渦輪增壓技術(shù)的先行者，它是第一個大規(guī)模生產(chǎn)采用渦輪增壓發(fā)動機(jī)汽車的廠家。1992年，薩博推出了薩博90002.3turob發(fā)動機(jī)，其發(fā)動機(jī)擁有270匹馬力，它比同排量自然吸氣發(fā)動機(jī)要增加20匹馬力。因為使用了低增壓值的小型渦輪，這款2.3turbo靠渦輪增壓僅獲得了不超過30匹的額外功率輸出。這種設(shè)計減小了渦輪遲滯，提高了汽車的可操縱性，發(fā)動機(jī)響應(yīng)更迅速，更直接。事實

50、證明，此款發(fā)動機(jī)擁有更好的扭力特性曲線，從而在實際應(yīng)用當(dāng)中，比相同功率的自然吸氣發(fā)動機(jī)擁有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　近20年，隨著渦輪增壓技術(shù)的普及、深入，有關(guān)渦輪增壓方面的新技術(shù)、新工藝、新材料、新理念開始不斷涌現(xiàn)。可以說，正是由于各種排放、噪聲法規(guī)的大量出臺和人們對渦輪增壓技術(shù)的更高要求，特別是渦輪增壓技術(shù)對高原發(fā)動機(jī)的功率補(bǔ)償，車用渦輪增壓技術(shù)迎來了發(fā)展的黃金時期。廢氣渦輪增壓已經(jīng)成為車用發(fā)動

51、機(jī)廣泛采用的主要增壓方式。</p><p>　　2.3渦輪增壓技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　總體來說，當(dāng)今的車用渦輪增壓技術(shù)主要具有以下5點(diǎn)特征：</p><p><b>　?。?）小型化</b></p><p>　　在發(fā)動機(jī)重量及體積增加很少的情況下，發(fā)動機(jī)不需要做重大改變，即很容易提高功率20%-50%。由于不像機(jī)械

52、增壓時壓比受到限制，故近年來高增壓的趨勢越來越明顯。高增壓時，功率提高甚至可大于100%。因此，采用渦輪增壓技術(shù)，可在功率保持不變的前提下，大大降低發(fā)動機(jī)的整體尺寸，這對發(fā)動機(jī)及車輛的小型化、輕量化和降低成本有巨大的吸引力。</p><p><b>　　（2）節(jié)能</b></p><p>　　渦輪增壓器的原理是利用發(fā)動機(jī)排放的廢氣來驅(qū)動渦輪機(jī)，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動來帶動同軸的壓

53、氣機(jī)工作，壓氣機(jī)對將進(jìn)入發(fā)動機(jī)的新鮮空氣進(jìn)行壓縮，從而增加發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，提高發(fā)動機(jī)的功率、機(jī)械效率和熱效率，使發(fā)動機(jī)渦輪增壓后耗油率也可降低5%-10%。因此，可以用小功率的帶渦輪增壓器的發(fā)動機(jī)來代替大功率的自然吸氣的發(fā)動機(jī)，從而達(dá)到節(jié)能和節(jié)油的目的。如一臺1. 65 L排量的增壓發(fā)動機(jī)的功率等于一臺3. 78 L排量的非增壓發(fā)動機(jī)的功率。</p><p><b>　　（3）環(huán)保</b>&

54、lt;/p><p>　　渦輪增壓器能夠使發(fā)動機(jī)節(jié)能，必將降低發(fā)動機(jī)有害氣體和CO的排放量。但增壓對汽油機(jī)和柴油機(jī)排放的影響是有區(qū)別的。對汽油機(jī)來說，由于過量空氣系數(shù)接近于1，增壓對汽油機(jī)排放的影響局限于節(jié)能部分;而柴油機(jī)的過量空氣系數(shù)本來就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1，增壓使柴油機(jī)的過量空氣系數(shù)進(jìn)一步提高，對排放產(chǎn)生了明顯的影響。若把自然吸氣柴油機(jī)改成同樣排量的增壓柴油機(jī)，因其空氣供應(yīng)充足，碳煙和CO的排放會大幅度減少，加之燃燒充分，

55、燃燒溫度升高，燃燒室的化學(xué)反應(yīng)更趨強(qiáng)烈，HC化合物的排放也會降低，但吸入氣缸的空氣量增加和燃燒室溫度升高，會使平均有效的NO、排放量增加。由于增壓柴油機(jī)能提高燃油經(jīng)濟(jì)性，因此有時可放棄部分燃油經(jīng)濟(jì)性的好處來換取全面降低排放，同時也提高了充量溫度，縮短了滯燃期，降低了燃燒噪聲。這可使重型柴油機(jī)排放的NO降低80%，微粒減少90%，比油耗改善16%。</p><p><b>　　（4）高原功率補(bǔ)償</

56、b></p><p>　　在高原條件下，發(fā)動機(jī)氣缸進(jìn)氣流量減少，降低了含氧量，使燃燒過程惡化，后燃現(xiàn)象加重，燃燒持續(xù)期延長，冒煙加重。為了更好地組織燃燒，提高氧的利用率，采用渦輪增壓技術(shù)，提高發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，補(bǔ)償因進(jìn)氣不足而損失的功率。</p><p>　?。?）渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)多種匹配方式</p><p>　　為了最大限度地發(fā)揮渦輪增壓技術(shù)的潛力和不同目的

57、的需求，人們研究出了多種渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配方案。有高工況放氣系統(tǒng)、低工況進(jìn)排氣旁通系統(tǒng)、可調(diào)渦輪噴嘴截面增壓系統(tǒng)、電動放氣渦輪增壓系統(tǒng)、增壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和帶電機(jī)的渦輪增壓器。此外，還有超高增壓系統(tǒng)掃氣旁通系統(tǒng)及諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)等，這些在中、小功率車用柴油機(jī)上應(yīng)用不多。3廢氣渦輪增壓的原理</p><p>　　渦輪增壓器根據(jù)廢氣在渦輪機(jī)內(nèi)不同的流通方向，可分為徑流式渦輪與軸流式渦輪兩大類。大中型柴油機(jī)多采用軸流式

58、渦輪增壓器，而對于車用內(nèi)燃機(jī)則采用徑流式渦輪增壓器。(圖3-1)為徑流式渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)圖，它是由離心式壓氣機(jī)和徑流式渦輪機(jī)這兩個主要部分，以及支承裝置、密封裝置、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)所組成。</p><p>　　圖3-1 徑流渦輪增壓器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　Fig.3-1Structural diagram of radial flow turbocharger</p>

59、<p>　　3.1離心式壓氣機(jī)的工作原理</p><p>　　3.1.1空氣在壓氣機(jī)中的流動</p><p>　　離心式壓氣機(jī)主要由進(jìn)氣道1、工作輪2、擴(kuò)壓器3和出氣渦輪殼4組成。(如圖3-2)空氣沿收斂的軸向進(jìn)氣道流入時，氣流略有加速。</p><p>　　圖3-2 離心式壓氣機(jī)簡圖</p><p>　　Fig.3-2 Simp

60、lified diagram of centrifugal compressor</p><p>　　圖3-3 空氣在工作輪中流動的速度三角形</p><p>　　Fig.3-3 Velocity triangle of air in the running wheel</p><p>　　圖3-4 擴(kuò)壓器原理圖</p><p>　　Fig.

61、3-4 Schematic diagram of diffuser</p><p>　　在工作輪入口處，氣流的絕對速度是，由于工作輪繞軸旋轉(zhuǎn)，所以氣流將沿相對速度的方向流入工作輪葉片所形成的流道。為了減少流動損失，需要將葉片前沿部分順空氣流入的方向彎曲成某一角度，使與氣流人口角基本一致。當(dāng)空氣進(jìn)入工作輪上葉片組成的流道后，受離心力壓縮被甩向工作輪外緣，空氣從回轉(zhuǎn)的工作輪上獲得了能量，使壓力、溫度、特別是氣流速度均

62、有較大增長。</p><p>　　在工作輪出口處氣流的方向由出口速度三角形決定(如圖3-3),該方向也就是空氣流入擴(kuò)壓器時的入口方向。擴(kuò)壓器為截面逐漸增大的流道，空氣流經(jīng)擴(kuò)壓器時，它所具有的動能，大部分在這里轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，氣流的速度降低，而壓力溫度升高?lt;/p><p>　　擴(kuò)壓器通常由無葉擴(kuò)壓器與葉片擴(kuò)壓器組成(如圖3-4)。無葉擴(kuò)壓器實際上是兩側(cè)壁形成的環(huán)形空間，高速氣流在此環(huán)形空間中

63、沿對數(shù)螺線運(yùn)動，氣流速度與圓周切線之間的夾角總是不變。它的流動軌跡較長，擴(kuò)壓比較緩慢。為此在無葉擴(kuò)壓器外側(cè)設(shè)置葉片擴(kuò)壓器，這時空氣的流動軌跡是由葉片所限制的。葉片的存在迫使空氣不能沿對數(shù)螺線自然運(yùn)動，而使其沿著此角向增大的方向偏移，因而在相同的直徑下，可以獲得較大的擴(kuò)壓比，減少了氣流運(yùn)動的軌跡長度和摩擦損失，提高了擴(kuò)壓器效率。</p><p>　　蝸殼的作用為收集從擴(kuò)壓器流出的空氣，并繼續(xù)進(jìn)行空氣動能向壓力能轉(zhuǎn)變

64、的過程，并將這部分空氣輸向柴油機(jī)進(jìn)氣管。總之，空氣流經(jīng)壓氣機(jī)的這些流道時，完成一系列功能轉(zhuǎn)換，二將渦輪機(jī)傳給壓氣機(jī)工作輪的大部分機(jī)械功能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ堋?lt;/p><p>　　3.1.2壓氣機(jī)的絕熱效率</p><p>　　壓氣機(jī)的絕熱效率是衡量壓氣機(jī)性能的基本指標(biāo)。</p><p>　　實際壓氣機(jī)工作過程完善的程度，經(jīng)常是以它與理想壓氣機(jī)相比較來平定。即壓縮到同

65、一壓力時，在理想壓氣機(jī)中壓縮空氣的絕熱壓縮功與在實際壓氣機(jī)中消耗的實際功之比。 （3-1）</p><p>　　絕熱效率說明了在消耗于轉(zhuǎn)動壓氣機(jī)的機(jī)械功中有多少是有用部分，表明壓氣機(jī)流通部分的完善程度。目前渦輪增壓器上應(yīng)用的離心式壓氣機(jī)絕熱效率為0.60-0.80。</p><p>　　3.1.3壓氣機(jī)的特性曲線</p><p>　　壓氣機(jī)的特性

66、曲線是指在不同轉(zhuǎn)速下，壓氣機(jī)的壓力比及效率與空氣流量的關(guān)系由于壓氣機(jī)在實際運(yùn)行中，工況經(jīng)常變化，為了了解壓氣機(jī)在全部工作范圍內(nèi)氣流參數(shù)之間的關(guān)系，分析在各種工況下壓氣機(jī)運(yùn)行的完善程度，以及為了獲得增壓器與發(fā)動機(jī)之間在全部工作范圍內(nèi)良好的匹配關(guān)系，研究壓氣機(jī)特性具有重要意義。</p><p>　　圖3-5 離心式壓氣機(jī)的特性曲線</p><p>　　Fig.3-4 Performance c

67、urve of centrifugal compressor</p><p>　　從(圖3-5)的特性曲線可以看出，當(dāng)空氣沿壓氣機(jī)的等轉(zhuǎn)速線從大流量向小流量變化時，壓氣機(jī)的壓比與效率最初有所提高，隨著流量減少到某值，壓比與效率達(dá)到最高，在這以后，流量繼續(xù)減少，壓比與效率反而略有下降?？墒钱?dāng)流量進(jìn)一步減少到某一值后，壓氣機(jī)工作開始不穩(wěn)定，氣流發(fā)生強(qiáng)烈地脈動，甚至引起整臺壓氣機(jī)劇烈振動并發(fā)出粗暴的喘息聲，這種不穩(wěn)定的

68、工況稱為喘振。將各種轉(zhuǎn)速下的喘振點(diǎn)連接在一起，就可確定喘振線，壓氣機(jī)只能在喘振線右邊的范圍內(nèi)工作。從特性曲線的等效率曲線看，中間是高效率區(qū)，高效率區(qū)一般比較靠近喘振邊界線，沿高效率區(qū)向外，效率逐漸下降，特別在大流量及低壓比區(qū)，效率下降很多。當(dāng)壓氣機(jī)工作輪轉(zhuǎn)速升高時，流量與壓比均有所增加，但轉(zhuǎn)速過高將受到材料機(jī)械應(yīng)力及軸承可靠工作的限制。最高轉(zhuǎn)速只能在某個允許的范圍內(nèi)。由于車用內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍很大，從而要求壓氣機(jī)高效率區(qū)的流量范圍不宜過窄

69、，為此在增壓器研制中常采用具有無葉擴(kuò)壓器的壓氣機(jī)或采用一種具有后彎式的工作輪使之更符合氣流在工作流道中的流動規(guī)律，以增大高效率的工作范圍。</p><p>　　圖3-6 徑流式渦輪機(jī)簡圖</p><p>　　Fig.3-6 Simplified diagram of radial flow turbine</p><p>　　3.2徑流式渦輪機(jī)的工作原理</p

70、><p>　　3.2.1燃?xì)庠跍u輪機(jī)中的流動</p><p>　　徑流式渦輪機(jī)主要由進(jìn)氣渦輪殼1、噴嘴環(huán)2、工作輪3及出氣道4(如圖2- 6)。進(jìn)氣渦殼的作用引導(dǎo)發(fā)動機(jī)的排氣均勻地進(jìn)入渦輪。根據(jù)增壓系統(tǒng)的要求，蝸殼可以有一個、兩個甚至更多的進(jìn)氣口。</p><p>　　由發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中排出的氣體具有壓力、溫度，并以速度經(jīng)進(jìn)氣渦殼流入噴嘴環(huán)。在噴嘴環(huán)上均勻地安裝了具有一定

71、角度的許多葉片，這就使燃?xì)饨?jīng)過葉片間的通道后更具有方向性，使氣流更加均勻且有秩序地進(jìn)入渦輪機(jī)工作輪。同時，葉片間的通道面積是漸縮的，使部分壓力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動能，即氣體的壓力降低到，溫度降低到，氣體的流動速度增加到(如圖3-7).</p><p>　　圖3-7 渦輪機(jī)中氣流參數(shù)的變化</p><p>　　Fig.3-7 Parameter change of air in the tur

72、bine</p><p>　　由于氣流在工作輪中是向心流動的，所以工作輪葉片之間的通道也是呈漸縮的形狀，氣體在通道中繼續(xù)膨脹，在工作輪出口處壓力下降到凡，溫度降低到兀，此時氣體的絕對速度下降到。工作輪或氣體的絕對速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，這說明燃?xì)庠趪娮熘信蛎洬@得的動能大。</p><p>　　3.2.2渦輪機(jī)的特性</p><p>　　增壓器的渦輪機(jī)是利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣能量

73、轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的裝置。</p><p>　　渦輪機(jī)效率 （3-2）</p><p>　　式中-渦輪機(jī)軸上的有用功;</p><p>　　-1kg廢氣所具有的能量。</p><p>　　現(xiàn)在廢氣渦輪增壓器的渦輪效率為= 0.65-0.85.</p><p>　　在渦輪機(jī)作變工況運(yùn)行時，燃?xì)庠跍u輪機(jī)中流動，隨著膨脹

74、比增大，流量跟著增加，當(dāng)膨脹比增加到某一臨界值時，流量達(dá)到最大值，不在增加了，這就是渦輪機(jī)的阻塞現(xiàn)象。渦輪機(jī)流量特性雖受阻塞的限制，但工作范圍比壓氣機(jī)大得多，一種渦輪機(jī)可以和不同的壓氣機(jī)配套。</p><p><b>　　4汽油機(jī)增壓</b></p><p>　　4.1汽油機(jī)廢氣渦輪增壓研究意義</p><p>　　增壓技術(shù)首先在柴油機(jī)領(lǐng)域得到

75、發(fā)展，目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家大中功率柴油機(jī)已全部采用增壓技術(shù)，中小型車用柴油機(jī)增壓也達(dá)80%。汽油機(jī)增壓的發(fā)展相對較晚，技術(shù)水平也落后于柴油機(jī)。20世紀(jì)70年代末國外汽油機(jī)開始逐漸采用增壓技術(shù)，并得到了迅速的發(fā)展和完善，1990年美國生產(chǎn)的汽油機(jī)已有1/4采用了增壓技術(shù)，1992年國際市場上出售的汽油機(jī)有巧%采用增壓技術(shù)，目前國外的汽油機(jī)增壓正處于完善和推廣應(yīng)用階段。內(nèi)燃機(jī)增壓的先進(jìn)技術(shù)主要集中于美國、德國和日本。相對于柴油機(jī)而言，汽油機(jī)在小

76、排量，尤其是轎車發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，有其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢及地位，所以汽油機(jī)的增壓研究對于節(jié)約能源及提高汽車性能都具有重要意義。</p><p>　　4.2汽油機(jī)增壓的特點(diǎn)</p><p>　　（1）車用汽油機(jī)的速度和功率范圍寬廣，工況變化頻繁，扭矩儲備要大，這些在采用廢氣渦輪增壓后，不采取特殊措施，會限制它的推廣。</p><p>　?。?）汽油機(jī)的比較小，所以工作溫度比柴油

77、機(jī)高，增壓后尤為突出。而且汽油機(jī)空燃比由于工作循環(huán)的性質(zhì)決定，仍需限制在較濃的狹窄范圍內(nèi)，又不能用較大的氣門重疊角使較多的掃氣空氣來降低燃燒室零件和排氣的溫度。</p><p>　　（3）對增壓汽油機(jī)來說，進(jìn)入汽缸的混合氣，因受壓氣機(jī)壓縮的影響，其溫度一般要比非增壓高30-600左右，這就為加速混合氣的焰前反應(yīng)創(chuàng)造了有利條件。又由于增壓汽油機(jī)的熱負(fù)荷高，燃燒室和氣缸的壁面溫度較高，對新鮮充量的熱輻射和熱傳導(dǎo)都將增

78、加，這也會導(dǎo)致焰前反應(yīng)的增加，促使正常燃燒速度增加，但對未燃混合氣的壓爆作用也增強(qiáng)。</p><p>　　（4）汽油機(jī)增壓易發(fā)生爆燃。增壓使壓縮終了混合氣的溫度、壓力趨于升高，致使爆燃的傾向增大。汽油機(jī)由于受爆燃限制，壓縮比較低，因而造成膨脹不充分，致使排氣溫度較高，熱效率下降。</p><p>　?。?）汽油機(jī)增壓熱負(fù)荷大。汽油機(jī)混合氣的濃度范圍窄(過量空氣系數(shù)a=0.85-1.1)，燃

79、燒時的過量空氣少，造成單位數(shù)量混合氣的發(fā)熱量大。同時，汽油機(jī)又不能通過提高氣門重疊角加大掃氣來冷卻受熱零件(如氣門、燃燒室等)，造成汽油機(jī)在增壓后的熱負(fù)荷偏高。汽油機(jī)增壓后熱負(fù)荷大又促使爆燃傾向的發(fā)生。</p><p>　?。?）汽油機(jī)與增壓器匹配困難。與柴油機(jī)相比，汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍寬，從低速到高速混合氣質(zhì)量流量變化大。當(dāng)節(jié)氣門突然開大時，增壓器響應(yīng)滯后造成動力響應(yīng)的滯后。汽油機(jī)增壓后發(fā)動機(jī)排氣溫度高，易造成增壓

80、器損壞，并出現(xiàn)低速時增壓壓力不足，高速時增壓壓力過高及壽命降低的情況。</p><p>　　4.3汽油機(jī)廢氣渦輪增壓的障礙</p><p>　　廢氣渦輪增壓技術(shù)和廢氣渦輪增壓器在柴油車上已經(jīng)得到大量的使用和裝配，是柴油車發(fā)展的一種必然趨勢。但是在提高汽油機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的同時，車用汽油機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)存在不少問題和障礙，這些問題和障礙限制了廢氣渦輪增壓技術(shù)在汽油機(jī)上的應(yīng)用。<

81、;/p><p>　　4.4車用渦輪增壓汽油機(jī)參數(shù)匹配特點(diǎn)</p><p>　　4.4.1抑制爆振燃燒和降低熱負(fù)荷</p><p>　　汽油機(jī)的最大增壓壓力主要是受爆振的限制，而增壓后爆振加劇的最大原因是由于熱負(fù)荷增加，兩者是密切相關(guān)的。防止爆振燃燒，一般考慮如下: </p><p><b>　?。?）降低壓縮比</b><

82、;/p><p>　　這是防止爆振最常見而有效的辦法。降低壓縮比還可以改善排放，實驗表明，當(dāng)從下降到6.5時，排氣中的HO減少50%, NO減少30%-40%。但汽油機(jī)的壓縮比本來就比較小，處于對經(jīng)濟(jì)性很敏感的區(qū)域，的下降必然引起熱效率較多的下降，因此，不希望僅用此一個措施來解決防止爆振問題，在燃油等級不變下汽油機(jī)改為渦輪增壓時的壓縮比可按下列經(jīng)驗公式確定:</p><p><b>　

83、　= （4-1）</b></p><p>　　式中：-非增壓汽油機(jī)的壓縮比;</p><p>　　-標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，海平面取為0.1MPa;</p><p>　　-預(yù)定的增壓壓力，MPa。</p><p>　?。?）減小點(diǎn)火提前角</p><p>　　推遲點(diǎn)火時間將有助于防止爆振。但是過晚的點(diǎn)火將使后燃加劇

84、，不僅影響功率，還將增加排氣溫度，實驗表明點(diǎn)火提前角推遲1度，排氣溫度將升高3 -5C，這對渦輪來說十分不利。理想的點(diǎn)火提前角是調(diào)整到即將爆震而尚未爆振時，此時動力性和經(jīng)濟(jì)性均最好。</p><p>　　如何控制點(diǎn)火提前角是汽油機(jī)增壓的一個重要技術(shù)問題，先進(jìn)的方法是用電子儀表控制，美國Buick公司聯(lián)合其他三個公司共同研制了ESC系統(tǒng)來控制點(diǎn)火提前角。但出現(xiàn)微震時，在信號比較儀中獲得汽油機(jī)爆振信號，即發(fā)出訊號，從

85、而改變控制單元電流，獲得點(diǎn)火滯后指令，延遲點(diǎn)火，因為這個系統(tǒng)只有在爆振發(fā)生時才有作用，所以不影響正常時的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　?。?）對增壓空氣進(jìn)行中冷</p><p>　　安裝中冷器對空氣進(jìn)行中冷是十分有效的，不僅與柴油機(jī)有相同效果，對功率增加、熱負(fù)荷降低都是十分有利的，而且對防止爆震也是非常有效的。</p><p>　　4.4.2改善渦輪增壓汽油機(jī)的扭矩特

86、性</p><p>　　車用增壓汽油機(jī)與柴油機(jī)一樣，必須有低轉(zhuǎn)速大扭矩特性，要有一個較大的速度系數(shù)或一個較大的扭矩儲備系數(shù)。但較柴油機(jī)改善扭矩特性的難度更大一些。</p><p>　　扭矩特性較差的原因是隨著轉(zhuǎn)速的增加，負(fù)荷的提高，排氣溫度也相應(yīng)升高，渦輪進(jìn)口焙值增加，增壓器轉(zhuǎn)速提高，增壓壓力上升，相應(yīng)扭矩增大。這種匹配情況，不僅容易發(fā)生高速爆震，而且扭矩特性也不符合車用發(fā)動機(jī)的要求。&l

87、t;/p><p>　　目前改善增壓汽油機(jī)特性的措施一般有下列方法:</p><p>　?、俨捎梅艢狻Ｔ谠鰤浩魃涎b放氣閥。</p><p>　?、趬簹鈾C(jī)進(jìn)口節(jié)流，在壓氣機(jī)進(jìn)氣處放置一個節(jié)流閥，使進(jìn)口壓力適當(dāng)減少，相應(yīng)壓氣機(jī)出口壓力也降低。當(dāng)小負(fù)荷低轉(zhuǎn)速時，希望有較大的扭矩，此時，正值流量小，所以節(jié)流效果弱，增壓壓力沒受多大的影響。當(dāng)高轉(zhuǎn)速大負(fù)荷時，扭矩不希望很大，而這時流

88、量較</p><p>　　大，節(jié)流效果較強(qiáng)，因而增壓壓力得到控制。</p><p>　　③采用可變噴嘴環(huán)截面積。</p><p>　　④采用具有共振系統(tǒng)的復(fù)合增壓。</p><p>　　4.4.3改善渦輪增壓汽油機(jī)的加速性</p><p>　　渦輪增壓系統(tǒng)在汽油機(jī)工況突變時，不能隨工況變化供應(yīng)的增壓空氣流量和增壓壓力，

89、而要滯后一段時間才能適應(yīng)，滯后時間越長，汽油機(jī)的加速性也越差。汽油機(jī)的增壓滯后問題更顯得突出，因為汽油機(jī)本身的慣性小，靈活性強(qiáng)，轉(zhuǎn)速范圍寬廣，所以對增壓器的反應(yīng)要求更高。解決這個問題的方法有:</p><p>　　減小進(jìn)排氣道的容積。過大的進(jìn)排氣系統(tǒng)的容積，特別是進(jìn)氣系統(tǒng)的容積是造成增壓器反應(yīng)遲緩的重要原因，因此任何有利于減少進(jìn)排氣系統(tǒng)容積的設(shè)計都有利于縮短滯后期。</p><p>　　②

90、縮小渦輪增壓器的尺寸。小尺寸的渦輪增壓器具有小的轉(zhuǎn)動慣量，對于提高加速性的作用很大，為了減小轉(zhuǎn)動慣量，在條件具備的情況下，寧可使用兩個小增壓器而不用一個大增壓器。如果大增壓器的葉輪比小增壓器的葉輪重1.5倍，半徑大1.3倍，則大增壓器的轉(zhuǎn)動慣性就要比小增壓器大2.535倍，也就是說，小增壓器的滯后時間就可以縮短兩倍多。</p><p>　?、叟艢夤艹叽绲挠绊?。排氣管應(yīng)該短，管子直徑應(yīng)該小，也就是排氣管的容積較小，

91、并且應(yīng)能很好地將各缸的壓力脈沖不相干擾地引入渦輪。排氣系統(tǒng)的阻力應(yīng)盡可能地小。排氣管短而直以及具有一定尺寸的圓錐形擴(kuò)壓器均能減少排氣系統(tǒng)的阻力，使低速扭矩特性滿足于所希望的扭矩曲線，隨著轉(zhuǎn)速提高，扭矩能夠迅速提高，保證了汽油機(jī)具有滿意加速性能。</p><p>　　4.4.4噴水技術(shù)在汽油機(jī)增壓中的應(yīng)用</p><p><b>　　①進(jìn)氣噴水</b></p>

92、;<p>　　爆震是在正?；鹧?zhèn)鞯街盎旌蠚庾孕兄鸲纬傻模绻谌紵郎?zhǔn)備階段有一部分水(或水和酒精的混合物)的霧粒摻入可燃混合氣中，由于水的汽化潛熱較大，因而利用它的汽化吸熱來降低可燃混合氣的溫度，延長在正?；鹧?zhèn)鞯街白孕兄鸬臏?zhǔn)備時間，所以防止爆震是有效的。例如解放CA-lOB的增壓實驗表明，在外特性運(yùn)行時，大于2000r/min后，就會出現(xiàn)爆震，當(dāng)利用喉管壓力和增壓壓力之間的壓差，將水噴入喉管，爆震很快就消除了。

93、</p><p>　　進(jìn)氣噴水量必須適中，過大的水量不僅影響發(fā)動機(jī)功率，而且使燃燒不穩(wěn)定，氣缸內(nèi)潤滑條件變壞。但過少的水量，降溫作用少，控制不住爆震，也達(dá)不到抗暴的目的。為了控制適當(dāng)?shù)膰娝?，一般用增壓壓力或渦輪前壓力來控制(如圖13)調(diào)節(jié)彈簧預(yù)緊力，可改變打開放水閥的工況，放水閥的表面有不同深淺的料槽，轉(zhuǎn)動閥體可以滿足各種工況下不同噴水量的需要。</p><p>　　圖4-1 用排氣壓力

94、調(diào)節(jié)的自動噴水控制器示意圖</p><p>　　Fig.4-1 Schematic diagram of auto-water-jet controller using exhaust gas pressure </p><p><b>　?、谂艢鈬娝?lt;/b></p><p>　　將水噴入高溫的排氣中，水迅速蒸發(fā)汽化，吸收大量的熱來降低排氣溫度

95、是顯而易見的。在解放CA- lOB型的增壓實驗中，采用了排氣支管噴入降溫措施，在外特性試驗中，汽油機(jī)在轉(zhuǎn)速為1600r/min,排氣溫度達(dá)700C，此時四個噴頭同時噴水。隨著汽油機(jī)轉(zhuǎn)速升高，噴水壓力由0. 13MPa逐步增加到0. 32MPa，排氣溫度可以控制在700C左右，排氣溫度雖然不如進(jìn)氣溫度那樣直接影響爆震燃燒，但是由于渦輪進(jìn)口溫度下降，必然導(dǎo)致壓氣機(jī)出口溫度和增壓壓力的下降，間接地對防止爆震起一定的作用。排氣噴水可以避免缸內(nèi)發(fā)

96、生水蝕和水垢現(xiàn)象，同時還不致發(fā)生水蒸汽分壓對內(nèi)燃機(jī)性能的影響。</p><p>　　4.4.5汽油機(jī)增壓的發(fā)展</p><p>　　汽油機(jī)增壓的發(fā)展相對較晚，技術(shù)水平也落后于柴油機(jī)。我國20世紀(jì)70年代末開始研究汽油機(jī)增壓，并在CA-l0B和DG26100-12機(jī)型上取得成功。20世紀(jì)80年代末，清華、西安交大等幾家高等院校和內(nèi)燃機(jī)廠也相繼對49ZQ汽油機(jī)進(jìn)行增壓研究。作為汽油機(jī)增壓，除提

97、高功率扭矩外，還用于高原上恢復(fù)功率。由于受爆震的影響和熱負(fù)荷的限制，增壓度都不高，性能也不夠完善，實際應(yīng)用很少。到2001年，只有少數(shù)車型采用增壓，還沒有國產(chǎn)增壓車型?，F(xiàn)在，國內(nèi)已開發(fā)出轎車用增壓柴油機(jī)和汽油機(jī)產(chǎn)品，如帕薩特一領(lǐng)馭1.8T、大眾-速騰1. 8T、奧迪A6L 2. OT等均采用了渦輪增壓技術(shù)。</p><p>　　國內(nèi)一些著名公司和院校都非常重視發(fā)動機(jī)與增壓器匹配的研究。中科院工程熱物理所、清華大學(xué)

98、、燃?xì)鉁u輪研究所通過可變噴嘴渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)的匹配試驗測得增壓壓力和排氣壓力值，結(jié)合發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，計算了發(fā)動機(jī)的流通特性，建立了可變噴嘴增壓器與發(fā)動機(jī)的聯(lián)合工作曲線。對聯(lián)合工作曲線的分析表明:設(shè)計的可變噴嘴渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)匹配良好，不會出現(xiàn)喘振和阻塞。</p><p>　　由大眾集團(tuán)主產(chǎn)的、世界上首臺新型帶渦輪壓的直噴汽油發(fā)動機(jī)已于2005年問世。這款2. 0 LFSI ( Fuel Stratified

99、Injection，燃料分層噴射)發(fā)動機(jī)適用于大眾集團(tuán)生產(chǎn)制造的諸多車型，如奧迪A3,A4,A6和高爾夫GTI等。2. 0 L FN被評為“2005年最有影響力的發(fā)動機(jī)”。結(jié)合渦輪增壓，F(xiàn)SI擁有性能高和油耗低的特點(diǎn)。</p><p>　　（1）廢氣渦輪增壓與電子控制燃料直接噴射相結(jié)合，使汽油機(jī)的動力性和燃料經(jīng)濟(jì)性提高到一個新水平。</p><p>　?。?）發(fā)展流量范圍寬、效率高的增壓系

100、統(tǒng)。車用汽油機(jī)的速度范圍比較寬，因此汽油機(jī)的進(jìn)氣質(zhì)量流量的范圍也比較寬，就需要有相應(yīng)增壓器來適應(yīng)車用汽油機(jī)的要求。同時要求增壓器在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速均有高的效率，因為提高增壓器的低速效率，可以使低速時也具有較高的增壓壓力，使汽油機(jī)低速扭矩特性得到改善，從而使汽車的加速性得到改善。在高速下有較高的效率，可使汽油機(jī)在相同壓比下，具有較低的進(jìn)氣溫度，從而可降低汽油機(jī)的熱負(fù)荷，并使排氣溫度降低，改善渦輪的工作條件，提高增壓器的可靠性。目前要保證在高

101、低速均有較高的效率還有較大的困難，一般從以下方面改善:</p><p>　?、俨捎煤髲澣~片的壓氣機(jī)葉輪。后彎葉片的壓氣機(jī)流量范圍比較寬廣，流量范圍隨著后彎角的增大而增大，且后彎葉片壓氣機(jī)的效率高。然而，由于后彎角的增大，使壓氣機(jī)葉片強(qiáng)度下降，且壓氣機(jī)的壓頭系數(shù)降低。這樣，在保持同樣壓比的情況下，需要增大壓氣機(jī)葉輪的直徑或在同樣葉輪直徑的情況下需要提高增壓器轉(zhuǎn)速。著也相應(yīng)地提高了對強(qiáng)度的要求，并使葉輪的轉(zhuǎn)動慣量增大

102、，從而影響增壓器的反應(yīng)時間。</p><p>　?、诓捎迷鰤浩骱推蜋C(jī)在中速范圍內(nèi)獲得最佳匹配的方法，使低速也具有一定的增壓比，以改善中、低速的扭矩特性，而在高速時用排氣放氣閥旁通一部分燃?xì)鈦砜刂圃鰤簤毫?，是目前最常用的方法?lt;/p><p>　?、鄄捎每烧{(diào)式進(jìn)氣口壓氣機(jī)或可變截面噴嘴環(huán)渦輪?？勺兘孛鎳娮飙h(huán)渦輪，在汽油機(jī)低速時，自動關(guān)小噴嘴截面積，使增壓器具有較高的轉(zhuǎn)速和較高的壓比。在汽油

103、機(jī)高速時，噴嘴截面積增大，以降低壓比和增壓器轉(zhuǎn)速。這無論對汽油機(jī)性能、防止爆震、降低汽油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，還是提高增壓系統(tǒng)的可靠性都是有利的。</p><p>　?、懿捎秒娮狱c(diǎn)火自動控制裝置。采用電子點(diǎn)火自動控制裝置能保證增壓汽油機(jī)在任何工況下都處于最佳點(diǎn)火提前角數(shù)值，對提高汽油機(jī)性能有很大益處。</p><p>　　⑤降低增壓器成本，提高可靠性。采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，減少零件數(shù)量，盡量

104、采用通用性結(jié)構(gòu)，增大生產(chǎn)批量等，生產(chǎn)成本將會降低。</p><p>　　⑥采用增壓加中冷的增壓系統(tǒng)。汽油機(jī)增壓存在的主要問題仍然是爆震和熱負(fù)荷問題。采用中間冷卻器是提高功率，防止爆震、降低熱負(fù)荷的有效措施之一。</p><p>　?、吒纳圃鰤浩鞯摹胺磻?yīng)滯后”現(xiàn)象。在車用工況使用場合，增壓器反應(yīng)時間問題尤為突出。從使用角度來說，反應(yīng)時間愈短愈好。變截面噴嘴渦輪增壓器的反應(yīng)時間最短。反應(yīng)時間短

105、有利于增壓器的加速，從而影響汽車的加速性能。</p><p>　　5發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的發(fā)展趨勢</p><p>　　5.1可變截面渦輪增壓器</p><p>　　對于車用高速柴油機(jī)，為了改善低工況性能，可采用高速時放氣的措施，這是一種簡單而安全的措施，但高工況經(jīng)濟(jì)性不好。為了提高渦輪增壓器的經(jīng)濟(jì)性能，近十幾年科研工作者進(jìn)行了大量的研究，其中可變噴嘴環(huán)截面渦輪增壓器是呼

106、聲最高的，許多國家都進(jìn)行了研究并取的了很大的進(jìn)步。</p><p>　　渦輪增壓系統(tǒng)的心臟是可調(diào)渦流截面的導(dǎo)流葉片。這些導(dǎo)流葉片可在低轉(zhuǎn)速、低排氣量的工況下關(guān)閉，從而增大發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣壓力。與傳統(tǒng)渦輪增壓器相比，這極大地改善了低轉(zhuǎn)速時的響應(yīng)時間和加速能力。采用可變渦輪截面技術(shù)的汽油發(fā)動機(jī)在所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的效率均明顯高于目前采用的標(biāo)準(zhǔn)放氣閥式的渦輪增壓器。相應(yīng)地，在各個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的節(jié)油性能也更上一層樓。</p&

107、gt;<p>　　可變截面渦輪增壓是燃?xì)馔ㄟ^渦輪噴嘴葉片時，根據(jù)渦輪增壓柴油機(jī)外界負(fù)荷的變化來改變噴嘴環(huán)葉片的角度，使進(jìn)入渦輪葉片的氣流參數(shù)產(chǎn)生變化通過渦輪燴降的變化實現(xiàn)渦輪功的變化，讓壓氣機(jī)出口的增壓壓力發(fā)生變化，從而達(dá)到渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)在各工況下的良好匹配。由于發(fā)動機(jī)工況變化的瞬態(tài)性，因此可變噴嘴葉片調(diào)整的響應(yīng)性也是可變的。</p><p>　　工作原理：TDI發(fā)動機(jī)的燃油系統(tǒng)也有自己的特征，

108、現(xiàn)在有三種燃油噴射系統(tǒng)，首先是分配泵系統(tǒng)，由燃油泵向噴嘴順序供油（舊機(jī)型油壓為931bar，新機(jī)型壓力更高），噴油時間和噴油量都由電腦控制。大多數(shù)大眾TDI發(fā)動機(jī)使用博世VP 37電控分配泵，通常它安裝在發(fā)動機(jī)前端，由正時皮帶驅(qū)動。分配泵和噴嘴之間是高壓鋼油管。這一系統(tǒng)應(yīng)用在90和100hp的直4 1.9升機(jī)型上，還有2.5升直5以及150hp2.5升V6上。在分配泵內(nèi)，燃油首先通過葉片提升壓力，隨后旋轉(zhuǎn)柱塞泵把壓力進(jìn)一步提升并按順序把