汽車(chē)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)應(yīng)用

1、汽車(chē)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)應(yīng)用摘要:討論了車(chē)用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在低速和加速工況下的各種改善技術(shù)方案及其發(fā)展情況。分析結(jié)果表明,車(chē)用渦輪增壓系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景,能更有效地改善發(fā)動(dòng)機(jī)在低速工況的扭矩特性,縮短增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的加速滯后期。關(guān)鍵詞:增壓發(fā)動(dòng)機(jī);渦輪增壓器;加速性;低速工況1渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)空氣壓縮機(jī),它利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣作為動(dòng)力來(lái)推動(dòng)位于排氣道內(nèi)的渦輪,渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)位于進(jìn)氣道內(nèi)同軸的葉輪,葉輪壓縮由空氣濾清器管道送來(lái)的新鮮空氣,再送入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快,高速的廢氣推動(dòng)渦輪提速,廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速同步加快,空氣壓縮程度得以加大,發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量就相應(yīng)地增加

2、,氣缸內(nèi)燃燒更充分,動(dòng)力輸出就更高。2渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)勢(shì)內(nèi)燃機(jī)是一種耗氣機(jī)械,由于燃油需要與空氣混合才能完成燃燒沖程一旦空燃比達(dá)到某一值后,再增加燃油,不但不會(huì)產(chǎn)生更多功率,還將黑煙和未燃盡的燃油排到大氣中。發(fā)動(dòng)機(jī)供油越多黑煙就越濃。因此,當(dāng)超過(guò)空燃比極限后,繼續(xù)供油不但消耗更多燃油、使柴油機(jī)壽命縮短,還會(huì)嚴(yán)重污染大氣。渦輪增壓的最大優(yōu)點(diǎn)是它可在不增加發(fā)動(dòng)機(jī)排量的基礎(chǔ)上,大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)曲軸的運(yùn)動(dòng)直接從大氣中吸進(jìn)空氣而渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)由渦輪增壓器向發(fā)動(dòng)機(jī)提供壓縮空氣。由于進(jìn)入氣缸的空氣增多所以允許噴入較多的燃油使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較多的功率并具有較高的燃燒效率。這意味著一臺(tái)尺寸和重

3、量相同的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)增壓后可以產(chǎn)生較多的功率或者說(shuō)一臺(tái)小排量發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)增壓后可產(chǎn)生與較大發(fā)動(dòng)機(jī)相同的功率。由于渦輪增壓器為發(fā)動(dòng)機(jī)提供了更多的空氣燃油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸里燃燒時(shí)會(huì)燃燒得更充分、更徹底。其它還有節(jié)約燃油和降低排放等優(yōu)點(diǎn)。渦輪增壓器可使非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高原上工作時(shí)得到氧氣補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓器相匹配使進(jìn)氣管壓力保持海平面大氣壓。而一臺(tái)自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)隨著海拔高度的增加其功率將下降。增壓系統(tǒng)技術(shù)類(lèi)型主要由以下幾種。3增壓系統(tǒng)技術(shù)類(lèi)型3.1輔助能量的渦輪增壓系統(tǒng)輔助能量的渦輪增壓系統(tǒng)研究了電動(dòng)、機(jī)械、風(fēng)動(dòng)、液力的輔助驅(qū)動(dòng)渦輪增壓后,單獨(dú)驅(qū)動(dòng)輔助壓氣機(jī)即與渦輪增壓器并聯(lián)的電動(dòng)壓氣機(jī)價(jià)格相對(duì)便宜而且高效,

4、可以很好改善起動(dòng)及部分負(fù)荷性能。另外一種外部供給能量措施,就是在渦輪前設(shè)置補(bǔ)燃室。補(bǔ)燃室的作用是通過(guò)燃料在補(bǔ)燃室中定壓燃燒,為發(fā)動(dòng)機(jī)提供各種部分負(fù)荷工況下所需的增壓壓力,即向渦輪提供輔助能量。3.2可變截面渦輪增壓系統(tǒng)在常規(guī)的渦輪增壓系統(tǒng)中增壓器的渦輪流通截面是固定的,對(duì)要求變工況運(yùn)行的車(chē)用高速內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō),會(huì)出現(xiàn)低速時(shí)供氣不足、高速時(shí)增壓過(guò)度的情況?？勺儙缀螀?shù)渦輪增壓器能夠隨發(fā)動(dòng)機(jī)流量的減少相應(yīng)減小渦輪的流通截面,渦輪機(jī)可以保持幾乎不變的膨脹比以便提供能量使壓氣機(jī)具有足夠的增壓比。它們可以顯著改善發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)速度的突然變化和負(fù)荷。可變截面渦輪增壓系統(tǒng)分為可調(diào)渦輪噴嘴截面增壓系統(tǒng)、軸向移動(dòng)變

5、截面系統(tǒng)、可變渦輪葉(截面增壓系統(tǒng)。3.3相繼增壓系統(tǒng)相繼增壓系統(tǒng)是采用多臺(tái)增壓器,隨著增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的增長(zhǎng),相繼按順序投入運(yùn)行達(dá)到增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳匹配,從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)有較高的增壓比和較好的經(jīng)濟(jì)性。相繼增壓系統(tǒng)有2個(gè)氣動(dòng)控制閥門(mén),分別控制渦輪和壓氣機(jī)投入或退出運(yùn)行。裝在渦輪進(jìn)口處的稱(chēng)為燃?xì)饪刂崎y,裝在壓氣機(jī)出口處的為單向空氣閥,它們均由增壓系統(tǒng)控制儀根據(jù)控制模型進(jìn)行自動(dòng)控制。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的變化,由增壓系統(tǒng)控制儀按照控制模型,自動(dòng)控制增壓器投入或退出運(yùn)行,使發(fā)動(dòng)機(jī)在高低轉(zhuǎn)速時(shí)的聯(lián)合運(yùn)行線均在壓氣機(jī)的高效區(qū),從而使發(fā)動(dòng)機(jī)在全工況有較好的瞬態(tài)響應(yīng)特性,滿(mǎn)足其低速和加速工

6、況要求。 3.4進(jìn)、排氣旁通和旁通回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)氣旁通技術(shù)是為了減少渦輪遲滯,提高發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)速度。在增壓器的壓氣機(jī)的進(jìn)出口連接一旁通閥,當(dāng)排氣壓力不足以驅(qū)動(dòng)渦輪來(lái)產(chǎn)生增壓壓力時(shí),進(jìn)氣通過(guò)旁通閥直接進(jìn)入氣缸,排氣則驅(qū)動(dòng)渦輪,帶動(dòng)沒(méi)有負(fù)載的壓氣機(jī)快速達(dá)到較高轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高速工況運(yùn)行時(shí),進(jìn)氣管中空氣增壓壓力超過(guò)一定值后旁通閥會(huì)立即打開(kāi),通過(guò)旁通閥將部分廢氣旁通繞過(guò)增壓器渦輪,克服了高速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)容易爆燃的缺點(diǎn);在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷和低的增壓壓力時(shí),廢氣旁通閥關(guān)閉,全部廢氣流過(guò)渦輪,使增壓壓力達(dá)到最大值。旁通回?zé)嵯到y(tǒng)的目的是改善渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的低速工況性能。發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器按高工況匹配,在部分負(fù)荷時(shí)打開(kāi)進(jìn)排氣旁

7、通閥,使空氣流量加大,提高增壓壓力。3.5二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)二級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)中,2個(gè)渦輪增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)在氣路上串聯(lián)起來(lái),一般低壓級(jí)采用尺寸較大的增壓器,而高壓級(jí)采用尺寸較小的增壓器。兩級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)在技術(shù)上較為簡(jiǎn)單。其主要優(yōu)點(diǎn)是:每級(jí)壓氣機(jī)后的空冷器使整個(gè)壓縮過(guò)程向等溫壓縮靠近,整個(gè)渦輪增壓器組的總效率提高;整個(gè)系統(tǒng)的增壓壓力較高,而每一級(jí)的增壓比較低,渦輪增壓器的可靠性提高,噪聲降低,且單級(jí)壓氣機(jī)有較寬的高效率區(qū)域;對(duì)環(huán)境溫度和壓力變化不敏感。3.6機(jī)械增壓和渦輪增壓組成復(fù)合增壓系統(tǒng)由渦輪增壓器和機(jī)械增壓器組成的復(fù)合增壓系統(tǒng)就是利用了這2種增壓性能優(yōu)缺點(diǎn)的互補(bǔ)性開(kāi)發(fā)的雙增壓系統(tǒng)。渦輪增壓器和機(jī)

8、械增壓器在進(jìn)氣道中被串聯(lián)在一起?？諝鈴目諝膺^(guò)濾器進(jìn)入進(jìn)氣管后,首先要經(jīng)過(guò)機(jī)械增壓器,然后通過(guò)進(jìn)氣管引導(dǎo)再經(jīng)過(guò)渦輪增壓器,最后進(jìn)入進(jìn)氣歧管。它們雖然串聯(lián)在一起,但并不都是同時(shí)工作。機(jī)械增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的電磁離合器、排氣旁通閥的開(kāi)閉均由電子控制。低速和加速時(shí)電磁離合器可以迅速連接發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力,給汽車(chē)帶來(lái)很好的低轉(zhuǎn)速扭矩,讓起步時(shí)動(dòng)力十足,克服了單渦輪增壓器遲滯的缺陷。在大負(fù)荷或滿(mǎn)負(fù)荷時(shí),渦輪增壓器可以提供大的增壓比,機(jī)械增壓器可以停止工作,防止消耗過(guò)多的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。4結(jié)論通過(guò)對(duì)各種渦輪增壓系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的高效匹配分析可知改善后的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可明顯改善發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭矩特性和加速延遲期,特別是能恢復(fù)高

9、海拔地區(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。但各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的渦輪增壓系統(tǒng)技術(shù)難度大,制造成本高,所以要兼顧各種利弊因素來(lái)匹配增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。參考文獻(xiàn)4 蘇巖, 李理光, 肖敏等. 可變配氣相位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響. 汽車(chē)技術(shù), 2000(10:11145 周華張曉輝韓玉環(huán). 汽油機(jī)缸內(nèi)直噴稀薄燃燒技術(shù)(GDI. 客車(chē)技術(shù)與研究,2007, 29(4:28306 錢(qián)人一. 增壓技術(shù)和縮小排量策略. 汽車(chē)與配件, 2003 (26:318 朱大鑫. 渦輪增壓與渦輪增壓器. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1997, 7 9 蘇巖,李理光,肖敏等. 國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)可變配氣相位研究進(jìn)展. 汽車(chē)技術(shù), 1999(610 李紅艷. 發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)凸輪

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