【正文】 致謝本人在做畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、一絲不茍的工作態(tài)度和樂(lè)觀的生活態(tài)度，可謂是我們畢業(yè)設(shè)計(jì)小組成員的良師益友，在此表示衷心的感謝。當(dāng)前，金屬渦輪增壓器已廣泛應(yīng)用在汽車和國(guó)外摩托車上，而陶瓷渦輪增壓器及陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)代表了該技術(shù)的重要發(fā)展方向。主噴可以在混合器點(diǎn)火后繼續(xù)進(jìn)行，有效地降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音。工作原理：TDI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)也有自己的特征，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(shí)間和噴油量都由電腦控制。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聲最高的，許多國(guó)家都進(jìn)行了研究并取的了很大的進(jìn)步。汽油機(jī)增壓存在的主要問(wèn)題仍然是爆震和熱負(fù)荷問(wèn)題。可變截面噴嘴環(huán)渦輪，在汽油機(jī)低速時(shí)，自動(dòng)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。 由大眾集團(tuán)主產(chǎn)的、世界上首臺(tái)新型帶渦輪壓的直噴汽油發(fā)動(dòng)機(jī)已于2005年問(wèn)世。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(duì)49ZQ汽油機(jī)進(jìn)行增壓研究。但過(guò)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。也就是說(shuō)，小增壓器的滯后時(shí)間就可以縮短兩倍多。③采用可變噴嘴環(huán)截面積。但較柴油機(jī)改善扭矩特性的難度更大一些。 預(yù)定的增壓壓力，MPa。汽油機(jī)增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度高，易造成增壓器損壞，并出現(xiàn)低速時(shí)增壓壓力不足，高速時(shí)增壓壓力過(guò)高及壽命降低的情況。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。相對(duì)于柴油機(jī)而言，汽油機(jī)在小排量，尤其是轎車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，有其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及地位，所以汽油機(jī)的增壓研究對(duì)于節(jié)約能源及提高汽車性能都具有重要意義。渦輪機(jī)效率 （32） 式中渦輪機(jī)軸上的有用功。圖36 徑流式渦輪機(jī)簡(jiǎn)圖 Simplified diagram of radial flow turbine 徑流式渦輪機(jī)主要由進(jìn)氣渦輪殼噴嘴環(huán)工作輪3及出氣道4(如圖2 6)。壓氣機(jī)的特性曲線是指在不同轉(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(shí)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(dòng)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。為此在無(wú)葉擴(kuò)壓器外側(cè)設(shè)置葉片擴(kuò)壓器，這時(shí)空氣的流動(dòng)軌跡是由葉片所限制的。圖32 離心式壓氣機(jī)簡(jiǎn)圖 Simplified diagram of centrifugal pressor圖33 空氣在工作輪中流動(dòng)的速度三角形 Velocity triangle of air in the running wheel圖34 擴(kuò)壓器原理圖 Schematic diagram of diffuser在工作輪入口處，氣流的絕對(duì)速度是，由于工作輪繞軸旋轉(zhuǎn)，所以氣流將沿相對(duì)速度的方向流入工作輪葉片所形成的流道。（5）渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)多種匹配方式為了最大限度地發(fā)揮渦輪增壓技術(shù)的潛力和不同目的的需求，人們研究出了多種渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配方案。但增壓對(duì)汽油機(jī)和柴油機(jī)排放的影響是有區(qū)別的?？傮w來(lái)說(shuō)，當(dāng)今的車用渦輪增壓技術(shù)主要具有以下5點(diǎn)特征：（1）小型化在發(fā)動(dòng)機(jī)重量及體積增加很少的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)不需要做重大改變，即很容易提高功率20%50%。薩博是渦輪增壓技術(shù)的先行者，它是第一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)采用渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的廠家。 雙渦輪增壓器可以分為兩種。（3）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(gè)偉大進(jìn)步，它大大提高了渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。隨著材料和工藝的進(jìn)步，渦輪的重量被設(shè)計(jì)的越來(lái)越輕，運(yùn)動(dòng)慣性慣性也就越來(lái)越小。 渦輪遲滯會(huì)給普通民用車的日常行駛帶來(lái)很大麻煩：在低轉(zhuǎn)速時(shí)，渦輪增壓器沒(méi)有介入，同時(shí)廢氣仍然要驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，排氣沒(méi)有自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)順暢，此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭力輸出比同等排量的自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)還要弱。而且在高原地區(qū)也可以恢復(fù)功率減少油耗。在成批量生產(chǎn)的渦輪增壓器中，已公開(kāi)發(fā)表的最小葉輪直徑為34mm最小的質(zhì)量?jī)H為2kg，它可用于排量為150mL的7. 4Kw小型發(fā)動(dòng)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) = , 增壓器總效率可達(dá) = 。高增壓時(shí)功率提高甚至可大于100%。而且目前小功率汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)40006000r/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(dòng)比為2左右的皮帶傳動(dòng)即可。（4） 復(fù)合增壓，同時(shí)采用機(jī)械式和廢氣渦輪式兩種形式的增壓。 所謂增壓，就是借助于裝在發(fā)動(dòng)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。對(duì)汽車的動(dòng)力要求更加迫切，因此就需要不斷提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化程度。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(chǔ)備要大，這些在采用廢氣渦輪增壓后，不采取特殊措施，會(huì)限制它的推廣。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(guó)專利局授予了第204630號(hào)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)正式誕生。 提出了目前汽油機(jī)增壓的難點(diǎn)、可能遇到的問(wèn)題和針對(duì)這些問(wèn)題應(yīng)采取的措施。闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣渦輪增壓技術(shù)的研究意義及發(fā)展現(xiàn)狀。增壓按其定義是在增壓器中壓縮進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管前的沖量，增加進(jìn)氣管中沖量的密度，使得進(jìn)入汽缸的實(shí)際進(jìn)氣量比自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的近氣量多，來(lái)達(dá)到增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率的目的。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。隨著新材料、新技術(shù)、新理念的出現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)正朝著高效率，精減系統(tǒng)的零部件，簡(jiǎn)化在機(jī)器上的安裝，延長(zhǎng)大修間隔期，減少維修工作量及維修工時(shí)，保證在整個(gè)壽命周期更低的運(yùn)行成本的趨勢(shì)不斷發(fā)展。提高升功率的第二個(gè)途徑是提高平均有效壓力，提高時(shí)發(fā)動(dòng)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(zhǎng)。一般劃分的范圍為: 低增壓0. 18MPa (=0. ) 中增壓=0. 180. 25MPa (=0. 91. 5MPa) 高增壓=0. 250. 35MPa (=1. 42. 2MPa) 超高增壓 0. 35MPa ()發(fā)動(dòng)機(jī)增壓按其增壓方式可分為四類:（1） 用專門增壓裝置的增壓，包括慣性增壓、動(dòng)力增壓、諧波增壓等。在增壓器發(fā)展歷程中，早期多采用機(jī)械增壓，后來(lái)被渦輪增壓取代。廢氣渦輪增壓是將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的部分能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而帶動(dòng)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(shí)現(xiàn)增壓。 （2）與機(jī)械增壓相比，渦輪增壓時(shí)熱負(fù)荷問(wèn)題較嚴(yán)重。或者說(shuō)1臺(tái)小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)增壓后，可以產(chǎn)生較排量發(fā)動(dòng)機(jī)相同的功率。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)很明顯，它可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣產(chǎn)生的能量，來(lái)大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。早期的渦輪增壓器，其渦輪遲滯非常嚴(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)要保持在3500轉(zhuǎn)以上才能獲得充沛的動(dòng)力，在低轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出非常弱。由于冷空氣的密度大，所以在相同條件下，這種設(shè)計(jì)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣密度，因此發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率更高。這樣在高轉(zhuǎn)速的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力非常高，如果進(jìn)氣壓力過(guò)高，發(fā)動(dòng)機(jī)就很容易產(chǎn)生暴燃，這種暴燃是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有損害的。這些電控卸壓閥的開(kāi)閉都是通過(guò)ECU來(lái)直接控制的。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(kāi)始不斷涌現(xiàn)。因此，可以用小功率的帶渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)代替大功率的自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)，從而達(dá)到節(jié)能和節(jié)油的目的。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%。(圖31)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(gè)主要部分，以及支承裝置、密封裝置、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)所組成。 擴(kuò)壓器通常由無(wú)葉擴(kuò)壓器與葉片擴(kuò)壓器組成(如圖34)。實(shí)際壓氣機(jī)工作過(guò)程完善的程度，經(jīng)常是以它與理想壓氣機(jī)相比較來(lái)平定。當(dāng)壓氣機(jī)工作輪轉(zhuǎn)速升高時(shí)，流量與壓比均有所增加，但轉(zhuǎn)速過(guò)高將受到材料機(jī)械應(yīng)力及軸承可靠工作的限制。同時(shí)，葉片間的通道面積是漸縮的，使部分壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動(dòng)能，即氣體的壓力降低到，溫度降低到，氣體的流動(dòng)速度增加到(如圖37).圖37 渦輪機(jī)中氣流參數(shù)的變化 Parameter change of air in the turbine 由于氣流在工作輪中是向心流動(dòng)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