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1、第四节 增压,一.增压器工作原理,二.增压器的分类,三.发动机涡轮增压技术,一.增压器工作原理,发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的。对于动力性能一定的发动机，要提高发动机的功率一般只能通过喷入更多的燃料。但是燃料燃烧过程又必需有相应的空气量。所以发动机功率的提高受到进气量的直接影响。增压器就是装在发动机上的专用增压装置，其工作原理是通过增压装置压缩进入气缸的空气，以提高进入气缸中的充气密度，增加进气量，这样就可以喷入较多的燃料进行燃烧，发动机就能发出更大的功率。在目前的技术条件下，增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。,优势与代价,使发动机在总质量和体积基
2、本不变的条件下，输出功率得到大幅度的提高。可以降低单位功率的造价，提高材料利用率。排气可以在涡轮中进一步膨胀，排气噪声降低。有利于高原功率恢复。增压后，缸温和压力提高，可使滞燃期短，有利于降低压力升高率和燃烧噪声。一般采用较大的过量空气系数，HC、CO和PM降低。技术适用性广，高低速的二、四冲程各缸径均可增压强化。,机械负荷及热负荷大，影响可靠性和耐久性。低速排气能量不足，可能会使发动机低速转矩受影响。加速响应性差。进一步强化受中冷器影响。,发动机增压器按其增压方式可分为以下四类:,机械增压,涡轮增压,气波增压,复合增压，同时采用上述两种形式的增压,机械增压是利用发动机输出轴直接驱动机械增压装
3、置，这样会使整机的机械效率下降。在增压器发展史的早期曾较多采用机械增压。气波增压等由于受发动机转速和工况影响非常大，一般不能保证所有工况下增压效果都较好，所以现在使用的也较少。复合增压由于结构过于复杂，在一般发动机也很少采用。,二.增压器的分类,涡轮增压利用发动机排出的废气能量驱动涡轮，再由涡轮带动压气机。其优点在于:,正是由于其突出的优势，现在发动机大多采用涡轮增压。,发动机重量和体积增加很少情况下，发动机不需作重大改变很容易提高功率20%50%。由于不象机械增压时压比受到限制，故近来高增压的趋势越来越明显。高增压时功率提高甚至可大于100%。,由于废气能量的收回发动机经济性会明显的提高一般
4、由于废气能量的回收能提高经济性3%一4%，再加上相对地减少了机械损失及散热损失，提高了发动机机械效率和热效率，使发动机涡轮增压后油耗率降低5%一10%。,涡轮增压发动机对海拔高度的变化有较高的适应力，在高原地区工作时比不增压发动机功率下降要少的多，故涡轮增压除了用来提高发动机功率，外还可用作高原发动机恢复功率。,涡轮增压后排气噪声相对减少，排气烟度及排气中 有害成分也减少，故对减少污染是有利的。,柴油机涡轮增压技术在20世纪中叶就开始大规模应用了，而车用汽油机采用涡轮增压技术将面临一些障碍，主要是：,1、汽油机增压易发生爆燃；2、汽油机增压热负荷大；3、汽油机与增压器匹配困难。,随着汽油机电子
5、控制技术的发展，汽油机增压后易爆燃的问题通过对点火正时的控制得到了解决；同时对汽油机和增压系统进行强化之后，汽油机增压热负荷大的问题也得到了缓解；采用燃油喷射技术后匹配困难的问题也得到了解决。所以现在很多汽油机也开始采用涡轮增压技术，如奥迪A6的1.8T，帕萨特1.8T，宝来1.8T等等。,三、发动机涡轮增压技术,1、涡轮增压器的结构,（动画演示：废气涡轮增压.flv）,2、涡轮增压器系统工作原理图,3、涡轮增压器的选配,增压器的选配可以按以下计算过程来进行（一般以扭矩点来选配）：,至此可以得到符合增压要求的增压器的压比，可以此为依据去选择最为合适的增压器。,内燃机的增压改造,压缩比与过量空气
6、系数 降低压缩比；加大过量空气系数。供油系统 增加供油量；减小喷油提前角（T增）。配气相位 加大气门重叠角。进排气系统 增大进气管容积，减少进气压力波动。增压空气的冷却 提高密度。,4、汽油机增压技术与柴油机增压技术的异同,（1）爆燃问题 汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易出现爆燃。因此，使用涡轮增压技术必须要处理好爆燃问题，这个问题最好的解决办法就是加装爆燃传感器和对点火时间进行控制。一旦爆燃传感器将爆燃信号传送到ECU（电子控制单元）控制系统，ECU将点火定时稍推迟一点；当不产生爆燃的时候再恢复正常点火定时。,（2）排气温度过高 汽油机比
7、柴油机相比，由于空燃比较小，压缩比和膨胀比小，从而导致排气温度过高，如柴油机排气温度一般为300700，而汽油机排气温度为600 1000。涡轮长期受到排气的热负荷，这对其寿命有很大的影响。所以在汽油机上安装的涡轮增压器的涡轮都需要有较好的耐高温性能，如博格华纳公司就开发耐1050 高温的铸刚涡轮，目前已经在奔驰S600和沃尔沃S60等汽车上使用。,（4）增压效率较低 目前汽油机普遍采用带放气阀式涡轮增压器，通过放气阀的开闭，得到不同转速下所需的增压度，这样导致部分废气能量未能得到利用，所以效率较低。而柴油机 已经采用可变涡轮截面（VGT）增压器，其通过涡轮截面的调节来满足不同工况的需要，这样
8、没有废气的浪费，效率较高。目前，之所以在汽油机上未采用VGT式增压器的原因还是在于汽油机排气温度过高，开发出耐高温的VGT还较困难。目前，博格华纳公司联手保时捷公司成功研发出了用于保时捷911Turbo车用的VGT增压器。,（3）工况变化频繁 由于汽油机的转速比柴油机高，空气流速快而且变化范围大，汽油机运行的工况变化较为频繁，这也对涡轮增压器的动态响应有了更高的要求。为解决这类问题，博格华纳公司正在开发一种所谓的薄壁涡轮壳，这种设计将显著降低涡轮壳的重量，从而能够提高动态响应。另外该设计也能够降低涡轮壳的热负荷，在发动机冷启动时,可以更快地激活催化转换器,从而极大地减少有害气体的排放。,机械增
9、压,历史久。低速转矩和加速响应好。但噪声和寿命存在问题。制造工艺水平和材料科学进步。小排量采用涡轮增压难度大。对后处理系统无影响。,第五节二冲程内燃机的换气,一、二冲程汽油机工作原理,1-进气孔 2-排气孔 3-扫气孔,A图、活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩,B图、当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱,C图、接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩,D图、当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气,换气过程,自由排
10、气阶段（70-80）扫气阶段过后排气或过后充气阶段,四冲程与二冲程比较,特点：1.完成一个工作循环，二冲程发动机只需转一转，而四冲程发动机需要转两转。当转速相同时，二冲程发动机的作功次数较四冲程发动机多一倍。由于没有气门或只有排气门，使配气机构较为简单，简化了发动机的结构。由于二冲程汽油机有换气损失，故经济性差，但由于结构简单、重量轻、制造成本低等优点，轻便摩托车和微型汽车的小排量发动机广泛采用。二冲程柴油机由于换气时进入气缸的是纯空气，没有燃料损失，为某些汽车所采用。,2.四冲程发动机的进、排气是两个分开的专门过程，而二冲程发动机单纯的排气（或进气）时间极短（120-150CA），是一个几乎完全重叠的，以新鲜气体清扫废气的换气过程。叠开角达到70-80。1）换气时间短；2）进排气同时进行，缸内残余废气系数高；3）扫气消耗功大，指示效率低，油耗高。4）HC排放高。,扫气方案,横流扫气 扫气效果差，易短路，受热不均匀。回流扫气 直流扫气,
