發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)

1、發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù) 增壓：增壓：為提高平均有效壓力以增加氣缸內(nèi)封存氣體密度的方法。（廣義上，為提高平均有效壓力以增加氣缸內(nèi)封存氣體密度的方法。（廣義上，凡是能夠?qū)?nèi)燃機(jī)進(jìn)氣密度提高到高于周?chē)h(huán)境密度的一切方法，都稱(chēng)為增凡是能夠?qū)?nèi)燃機(jī)進(jìn)氣密度提高到高于周?chē)h(huán)境密度的一切方法，都稱(chēng)為增壓。）壓。） 目的：目的：通過(guò)增加充氣量，以提高功率，改善經(jīng)濟(jì)性和排放性通過(guò)增加充氣量，以提高功率，改善經(jīng)濟(jì)性和排放性 提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的途徑：提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的途徑：改變結(jié)構(gòu)參數(shù)。增加改變結(jié)構(gòu)參數(shù)。增加i、Vs(D、S)，減少，減少，但體積和重量增加，但體積和重量增加提高轉(zhuǎn)速。但充量系數(shù)和機(jī)械效率減少，機(jī)件

2、壽命減少，噪音大提高轉(zhuǎn)速。但充量系數(shù)和機(jī)械效率減少，機(jī)件壽命減少，噪音大提高平均有效壓力提高平均有效壓力Pme。提高平均有效壓力提高平均有效壓力Pme 方法：方法：減少過(guò)量空氣系數(shù)、提高充量系數(shù)、減少過(guò)量空氣系數(shù)、提高充量系數(shù)、增加充氣密度（增壓）增加充氣密度（增壓）31030niVPPsmee增壓度k：發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓后增長(zhǎng)的功率與增壓前功率之比k范圍為10%60%。大部分為20%30%。增壓比k：進(jìn)入氣缸的氣體壓力Pk與大氣壓力P0之比增壓的范圍:低增壓：低增壓： k 1.31.6（內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力（內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力pme0.71.0MPa）中增壓：中增壓： k 1.62.5（內(nèi)燃機(jī)平均有

3、效壓力（內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力pme1.01.5MPa）高增壓：高增壓： k 2.5 （pme 1.5MPa）；）；超高增壓：超高增壓： k 4.55.5（pme2.53.5MPa）。）。 雖然氣缸內(nèi)工質(zhì)溫度提高有利于柴油機(jī)的燃燒，但卻使燃燒室內(nèi)受熱零件的熱負(fù)荷增加，排溫過(guò)高，NOx增加。汽油機(jī)中增壓溫度升高，除與柴油機(jī)一樣功率下降外，最主要的是爆震傾向增加。 一般，當(dāng)增壓空氣的壓力超過(guò)0.15MPa時(shí)，就值得采用中冷。 解決空氣溫度過(guò)高的辦法就是采用中冷器冷卻增壓后的空氣。 增壓空氣溫度每降低20K，渦輪前的廢氣溫度約可降低20K，燃油消耗率可減少3g/kW.h。增壓中冷技術(shù)增壓中冷技術(shù)增壓中冷

4、方案：增壓中冷方案：閉式空水中冷：閉式空水中冷：中冷器中冷卻介質(zhì)采用內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)中的循環(huán)水。該方案結(jié)構(gòu)與布置簡(jiǎn)單，但不能將增壓空氣溫度冷卻較低。分開(kāi)式空水中冷：分開(kāi)式空水中冷：中冷器采用獨(dú)立的冷卻介質(zhì)。該方案可提高中冷器的冷卻效率，能較低地降低空氣的溫度。結(jié)構(gòu)要復(fù)雜些，布置上會(huì)增加難度。共用冷卻風(fēng)扇空空中冷：共用冷卻風(fēng)扇空空中冷：中冷器裝在內(nèi)燃機(jī)冷卻系水散熱器前或后，依靠風(fēng)扇和車(chē)輛行駛時(shí)的空氣氣流冷卻增壓空氣。該方案由于它的最少能量消耗而得到廣泛應(yīng)用。獨(dú)立冷卻風(fēng)扇空空中冷：獨(dú)立冷卻風(fēng)扇空空中冷：中冷器帶有獨(dú)立地冷卻風(fēng)扇，它可由直流電動(dòng)機(jī)或空氣渦輪帶動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)增壓的優(yōu)缺點(diǎn)內(nèi)燃機(jī)增壓的優(yōu)缺點(diǎn)改善

5、了發(fā)動(dòng)機(jī)性能： 提高了內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率；提高了內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率； 提高了內(nèi)燃機(jī)的指示熱效率；提高了內(nèi)燃機(jī)的指示熱效率； 改善了燃燒過(guò)程。改善了燃燒過(guò)程。增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率；擴(kuò)大了內(nèi)燃機(jī)高原適應(yīng)性：有利于降低有害氣體排放和噪聲。增加了柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷；增加了柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷；增加了柴油機(jī)的熱負(fù)荷；增加了柴油機(jī)的熱負(fù)荷；增加了汽油機(jī)的爆燃傾向。增加了汽油機(jī)的爆燃傾向。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：按照實(shí)現(xiàn)增壓所提供的能量可分： 機(jī)械增壓；機(jī)械增壓； 廢氣渦輪增壓；廢氣渦輪增壓； 氣波增壓；氣波增壓； 復(fù)合增壓復(fù)合增壓 諧波增壓（汽油機(jī)）諧波增壓（汽油機(jī)）、機(jī)械增壓、機(jī)械增壓 由曲軸經(jīng)過(guò)齒輪增速箱驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)

6、。 機(jī)械增壓增壓壓力高，壓氣機(jī)消耗的功率大。為使內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率不要過(guò)分下降，增壓壓力Pk不能過(guò)高。 Pk 160170 kPa主要用途：提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)矩機(jī)械增壓器的種類(lèi)機(jī)械增壓器的種類(lèi)機(jī)械增壓所用的壓氣機(jī)除離心式壓氣機(jī)外，在車(chē)用內(nèi)燃機(jī)上常用容積式壓氣機(jī)容積式壓氣機(jī)： 羅茨式；螺桿式；轉(zhuǎn)子活塞式。羅茨式；螺桿式；轉(zhuǎn)子活塞式。、廢氣渦輪增壓、廢氣渦輪增壓、廢氣渦輪增壓、廢氣渦輪增壓 最早的渦輪增壓器用于跑車(chē)或方程式賽車(chē)上，這樣在那些發(fā)動(dòng)機(jī)最早的渦輪增壓器用于跑車(chē)或方程式賽車(chē)上，這樣在那些發(fā)動(dòng)機(jī)排量受到限制的賽車(chē)比賽里面，發(fā)動(dòng)機(jī)就能夠獲得更大的功率。排量受到限制的賽車(chē)比賽里面，發(fā)動(dòng)機(jī)就能夠獲得更大

7、的功率。 發(fā)動(dòng)機(jī)是靠燃料在汽缸內(nèi)燃燒作功來(lái)產(chǎn)生功率的，由于輸入的燃料量受到吸入汽缸內(nèi)空氣量的限制，因此發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的功率也會(huì)受到限制，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能已處于最佳狀態(tài)，再增加輸出功率只能通過(guò)壓縮更多的空氣進(jìn)入汽缸來(lái)增加燃料量，從而提高燃燒作功能力。因此在目前的技術(shù)條件下，渦輪增壓器是惟一能使發(fā)動(dòng)機(jī)在工作因此在目前的技術(shù)條件下，渦輪增壓器是惟一能使發(fā)動(dòng)機(jī)在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機(jī)械裝置。效率不變的情況下增加輸出功率的機(jī)械裝置。 渦輪增壓裝置其實(shí)就是一種空氣壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，一般來(lái)說(shuō)，渦輪增壓都是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣的慣性沖力來(lái)推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同

8、軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來(lái)的空氣，使之增壓進(jìn)入汽缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。和調(diào)整一下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。、廢氣渦輪增壓、廢氣渦輪增壓 渦輪增壓的主要作用就是提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量渦輪增壓的主要作用就是提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，讓車(chē)子更有勁。一臺(tái)發(fā)

9、動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時(shí)候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。就拿我們最常見(jiàn)的1.8T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)增壓之后，動(dòng)力可以達(dá)到2.4L發(fā)動(dòng)機(jī)的水平，但是耗油量卻比1.8發(fā)動(dòng)機(jī)并不高多少，在另外一個(gè)層面上來(lái)說(shuō)就是提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣排放。從另一個(gè)方面而言，就是大大提高了化學(xué)能的利用率。 不過(guò)在經(jīng)過(guò)了增壓之后，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)候的壓力和溫度都大大升高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)壽命會(huì)比同樣排量沒(méi)有經(jīng)過(guò)增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)要短，而且機(jī)械性能、潤(rùn)滑性能都會(huì)受到影響，這樣也在一定程度上限制了渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。因此，及時(shí)對(duì)燃?xì)飧走M(jìn)

10、行降溫，是目前需要突破的一個(gè)重大問(wèn)題。3、復(fù)合增壓、復(fù)合增壓機(jī)械增壓與廢氣渦輪增壓組合。諧波增壓與廢氣渦輪增壓組合。4、氣波增壓、氣波增壓氣波增壓是通過(guò)氣波增壓器利用氣體質(zhì)點(diǎn)和壓力波的反射特性，使排氣和進(jìn)氣之間進(jìn)行直接的能量交換，以增大進(jìn)氣密度。氣波增壓對(duì)內(nèi)燃機(jī)工況反應(yīng)迅速，使氣波增壓的加速性好，且低速時(shí)空氣的壓縮程度高，低速轉(zhuǎn)矩好。工作溫度低，不需要耐高溫材料。但體積大，噪聲大，安裝位置受到一定限值。匹配要求高，防止竄煙。雙增壓器順序增壓雙增壓器順序增壓多缸發(fā)動(dòng)機(jī)上使用兩臺(tái)增壓器。在低速時(shí)，使用一臺(tái)增壓器以提高廢氣能量利用效率，改善低速反應(yīng)性能。在中高速時(shí)，使用兩臺(tái)增壓器以保證發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出

11、?？勺冞M(jìn)氣道增壓器；可變噴嘴環(huán)增壓器；可變渦輪喉口截面增壓器；可變?nèi)~片增壓器；廢氣放氣增壓器；進(jìn)氣回流增壓器；射流渦輪增壓器；斜流渦輪增壓器；增壓器增壓器可變進(jìn)氣道增壓器可變進(jìn)氣道增壓器低速時(shí)使用一個(gè)進(jìn)氣通道；高速時(shí)，進(jìn)氣量大，使用兩個(gè)通道，可以改善增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)渡性能?？勺冞M(jìn)氣道增壓器性能可變進(jìn)氣道增壓器性能可變噴嘴環(huán)增壓器可變噴嘴環(huán)增壓器低速時(shí)，噴嘴角度小，流通截面小；高速時(shí)噴嘴角度大，流通截面能保證渦輪從廢氣中獲取足夠能量達(dá)到壓氣機(jī)的需求。各噴嘴環(huán)各噴嘴環(huán)1通過(guò)軸銷(xiāo)通過(guò)軸銷(xiāo)2固定在渦殼固定在渦殼5上，再經(jīng)傳動(dòng)桿上，再經(jīng)傳動(dòng)桿3與噴嘴控制盤(pán)與噴嘴控制盤(pán)4相相連。轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴控制盤(pán)即可改變噴嘴環(huán)

12、的角度。連。轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴控制盤(pán)即可改變噴嘴環(huán)的角度。通過(guò)調(diào)整渦殼通過(guò)調(diào)整渦殼5與渦與渦輪葉輪輪葉輪6之間的噴嘴之間的噴嘴環(huán)角度來(lái)調(diào)整渦輪流環(huán)角度來(lái)調(diào)整渦輪流通截面。通截面?？勺儑娮飙h(huán)增壓器特性可變噴嘴環(huán)增壓器特性 左圖中是噴嘴環(huán)角度依次減小的情況。隨著內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速下降，壓氣機(jī)的增壓壓力不但沒(méi)有下降，反而提升到高轉(zhuǎn)速水平，從而保證增壓內(nèi)燃機(jī)的低速性能。 可調(diào)噴嘴環(huán)用于增壓器與內(nèi)燃機(jī)的高速匹配。通過(guò)可調(diào)噴嘴環(huán)改善低速性能?？勺儨u輪喉口截面增壓器可變渦輪喉口截面增壓器1.壓氣機(jī)；壓氣機(jī)；2.可變喉口截面調(diào)整板；可變喉口截面調(diào)整板；3.調(diào)整板及調(diào)整機(jī)構(gòu)；調(diào)整板及調(diào)整機(jī)構(gòu)；4.操縱操縱機(jī)構(gòu)；機(jī)構(gòu)；5.操縱機(jī)構(gòu)

13、控制電磁閥；操縱機(jī)構(gòu)控制電磁閥；6.渦輪；渦輪；A.最小喉口截面；最小喉口截面；B.最大最大喉口截面喉口截面低速高速可變渦輪喉口截面增壓器工作原理可變渦輪喉口截面增壓器工作原理 可變渦輪喉口截面增壓器是在廢氣量不變的情況下改變進(jìn)入渦輪的狀態(tài)參數(shù)，從而改變從廢氣中獲取能量的大小。小喉口截面將使進(jìn)入渦輪的廢氣加速，作用在渦輪葉片上的沖擊力增加（此時(shí)渦輪效率將有所降低），空氣增壓壓力增加，從而滿(mǎn)足內(nèi)燃機(jī)在低速小負(fù)荷時(shí)的需要。內(nèi)燃機(jī)在高速大負(fù)荷時(shí)，可以保證渦輪在高速范圍運(yùn)行，這時(shí)喉口截面處于最大位置，排氣背壓最小，渦輪效率最大?？勺?nèi)~片增壓器可變?nèi)~片增壓器與可變噴嘴環(huán)技術(shù)類(lèi)似，通過(guò)壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)（葉片角度

14、）的變化，來(lái)調(diào)整增壓壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)荷的匹配關(guān)系。多個(gè)可變?nèi)~片，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、體積大。三菱多閥VG增壓器本田可變?nèi)~片增壓器廢氣放氣增壓器廢氣放氣增壓器車(chē)用增壓內(nèi)燃機(jī)為獲得低速大轉(zhuǎn)矩和良好的加速性能，渦輪增車(chē)用增壓內(nèi)燃機(jī)為獲得低速大轉(zhuǎn)矩和良好的加速性能，渦輪增壓器一般按內(nèi)燃機(jī)低速、小流量設(shè)計(jì)。壓器一般按內(nèi)燃機(jī)低速、小流量設(shè)計(jì)。轎車(chē)用增壓器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的轎車(chē)用增壓器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的40%左右。左右。公共汽車(chē)、重型車(chē)用的增壓器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的公共汽車(chē)、重型車(chē)用的增壓器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的60%左右。左右。高速時(shí)，將會(huì)使增壓壓力過(guò)高，增壓器超速，柴油機(jī)爆發(fā)壓力高速時(shí)，將會(huì)使增壓壓力過(guò)高，增壓器超速，柴油機(jī)爆發(fā)壓力過(guò)大，汽油機(jī)容易引起爆震。過(guò)大，汽油機(jī)容易引起爆震。為此，設(shè)計(jì)增壓器常增加廢氣放氣閥，在高速時(shí)將一部分廢氣為此，設(shè)計(jì)增壓器常增加廢氣放氣閥，在高速時(shí)將一部分廢氣旁通掉，加以控制增壓壓力。旁通掉，加以控