汽车发动机废气涡轮增压技术的应用与发展

汽车发动机废气涡轮增压技术的应用与发展内容摘要：

毕业设计论文 9 三、 汽油机废气涡轮增压研究意义 1增压技术首先在柴油机领域得到发展，目前工业发达国家大中功率柴油机已全部采用增压技术，中小型车用柴油机增压也达 80%。 汽油机增压的发展相对较晚，技术水平也落后于柴油机。 20 世纪 70年代末国外汽油机开始逐渐采用增压技术，并得到了迅速的发展和完善， 1990 年美国生产的汽油机已有 1/4 采用了增压技术， 1992 年国际市场上出售的汽油机有巧 %采用增压技术，目前国外的汽油机增压正处于完善和推广应用阶段。 内燃机增压的先进技术主要集中于美国、德国和日本。 相对于柴油机而言，汽油机在小排量，尤其是轿车发动机领域，有其独特的应用优势及地位，所以汽油机的增压研 究 对于节约能源及提高汽车性能都具有重要意义。 2汽油机废气涡轮增压研究现状 经过 80 多年的不断发展，特别是 20 世纪 90 年代以来，由于 CAD/ CAM，电控、材料和制造技术等科学技术的迅速发展，许多相关学科领域的成果被大景用于增压技术领域，从而出现多种增压方式。 针对不 同的车用发动机，使用不同的增压方式才能达到最佳的匹配，下而是几中典型增压方式的比较。 从表中我们可以看出各种增压方式都有利有弊，但由于废气涡轮 增压器结构简单，而目‘对提升发动机性能效果很好当 1台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器的相比，可增加大约 40%甚至更多。 或者说， 1台小排量的发动机经增压后，可以产生较 吉林农业大学发展学院 毕业设计论文 10 大排量发动机相同的功率。 试验证明由于涡轮增压发动机的燃烧比较完全，排烟浓度降低，废气中 CO 和 HC 含量明显减少， NOx含量也大为改观，对减少汽车排气污染有利。 此外，由于燃烧压力 升高率降低，发动机工作柔和，噪声比较小。 而目‘在高原地区也可以恢复功率减少油耗。 由于装在汽油机上爆震倾向大大增强，而目‘汽油机的转速和功率范围宽，系统比较复杂，所以目前应用较少，只有少数高级轿车安装，但是随着技术的不断提高，应用会越来越广。 装在柴油机上不存在什么大难题所以普及很广，在重型柴油机上已经达到了 100%，而目‘目前已向小型柴油机迅速发展。 3废气涡轮增压技术 带中冷器和放气阀涡轮增压器，设计简单，并能很好地保证低 速转矩和高速限压，而目‘能满足我国排放法规的要求。 目前大多数车用柴油发动机 都安装它。 3. 1中冷器 气体经过压缩后温度有很大的提高，即使是低增压度，一般也 高出 6080℃以上，升温将造成发动机功率降低，效率降低。 为此需将吸入的空气在中冷器中再次冷却，使密度增加，从而使功率、扭矩相应增加。 另外，增压中冷还有利于降低排放中 NOx和微粒的含量，减少了柴油机后处理 NOx的困难。 中冷器的冷却方式一般有以下 3种类型 : (1)空对空中间冷却器。 (2)水对空中间冷却器。 吉林农业大学发展学院 毕业设计论文 11 (3)油对空中间冷却器。 水对空中冷器可分为利用发动机循环水和独立的循环 水系统 2 种。 前者的装置简单，可根据空间和实际条件直接装在车用发动机 上，但发动机水温木身就高，大约在 80 90℃左右，所能得到的空气冷却程度是有限的。 在后一种情况下，由于可利用温度较低的冷却 水，所以增压空气的冷却效果好，但需要设置单独的冷却水系统，故 它只能用于固定式工业用柴油机或船用发动机。 油对空中间冷却器和 水对空中间冷却器相似。 空对空中冷可用于难于得到温度较低的冷却水的场合。 常用以下 2种方法 (1)它是用管子将充气通到单独安装在前而的散热器，利用装在 柴油机上的风扇供给的冷却空 气进行冷却，增压空气的温度可冷却到 50}600C o 但由于空气的传热系数比水低得多，所以空对空的体积要比水对空中冷器大些。 一般将中冷器直接布置在发动机冷却水箱的前而，但应靠近增压器。 (2)在进气管前段设置一个风扇，有专用电机 lx 动，冷却效果最 好，但是设计复杂。 一般来说，增压比越高，采用中冷的效果越显著， 采用中冷的必要性就越大。 是台采用中冷主要取决于增压发动机的增 压强度，也与发动机用途和使用条件等因素有关，使用时要权衡利弊。 比较起来，空对空中冷有更大的发展潜力，特别是采用高温冷却的车 用发动机，更应优先考虑空对空中冷器。 目前车用发动机常用的是水冷，原因是其设计简单，体积小，容 吉林农业大学发展学院 毕业设计论文 12 易布置。 但以后可能会向空冷方而发展。 3. 2放气阀 柴油机在高速高负荷时，排气流量大，因而排气能量大，导致涡 轮增压器转速高，增压压力也高，但是在柴油机低速时，即使增加负荷，废气流量也不大，因而增压空气压力低，发动机扭矩增量过小。 作为改善的办法，可以用小容量的涡轮增压器和柴油机的中速相匹配，以提高柴油机中速时的扭矩。 这样又出现将柴油机高速高负荷时增压过高，增压器转速过大的问题。 为此采用排气旁通阀 ，在高速高负荷时，旁通阀打开，放掉一部分废气，以降低增压器转速，控制压比。 放气的方式目前主要有以下 2种 : (1)将部分排气放入大气。 (2)将部分增压空气放入大气。 从热力学观点来看，放增压空气比放排气更不理想，但实际上两者对油耗率的影响差别不大。 目前车用发动机常用的是将部分排气放入大气。 四 、汽油机废气涡轮增压解决措施 汽油机最大增压压力尸 *主要是受爆震的限制，而增压后爆震加剧的最大原因是由于热负荷增加，两者是密切相关的。 对一台汽油机来说要进行涡 轮增压首要的问题是要防止发生爆震燃烧，一般可考虑吉林农业大学发展学院 毕业设计论文 13 下列方法。 这是防止爆震最常见有效的方法。 降低压缩比还可以改善排放，据经验表明，当 e从 ，排气中的 HC 减少 50%, NOx减少 30%40%。 但汽油机的压缩比本来就比较小，处于对经济性很敏感的区域，。 的下降必然引起热效率下降较多。 因此，不希望仅用一个措施来解决防止爆震问题。 在燃油等级不变的情况下，汽油机改为涡轮增压时的压缩比 k，可按下列经验公式确定 :、二 po0k 3汽油机废气涡轮增压的障碍 废气涡轮 增压技术和废气涡轮增压器在柴油车上已经得到大量的使用和装配，是柴油车发展的一种必然趋势。 但是在提高汽油机动力性、经济性和排放性的同时，车用汽油机废气涡轮增压技术存在不少问题和障碍，这些问题和障碍限制了废气涡轮增压技术在汽油机上的应用。 ，与非增压情况相同 推迟点火时间将有助于防止爆震。