【文章內(nèi)容簡介】 廢氣渦輪增壓發(fā)動機 一、廢氣渦輪增壓發(fā)動機性能 1. 增壓柴油機 轉(zhuǎn)矩（ Nm） 功率（ kW） Be （ g/kWh） 圖 3–33 增壓后發(fā)動機性能的提高 NA–自然吸氣； TC–渦輪增壓； TC+IC–增壓加中冷 發(fā)動機轉(zhuǎn)速 （ r/min） 經(jīng)濟性： ? 柴油機增壓后，平均指示壓力 大大增加，而其平均機械損失壓力 卻增加不多，因此，機械效率 ηm 提高； ? 由于增壓適當加大了過量空氣系數(shù) Фa，使燃燒過程得到一定改善，其指示熱效率 ηi t往往也會有所提高； ? 增壓機大多作泵氣正功，也會使指示熱效率提高； ? 如果增壓和非增壓發(fā)動機功率相同，則增壓發(fā)動機可以減少排量，顯然，這樣使機械損失減少，燃油消耗率降低。另外，由于發(fā)動機排量減少，整臺發(fā)動機體積、質(zhì)量都會減少，這樣降低整車油耗也有利； ? 發(fā)動機采用增壓后，還可以在保證原有功率和一定轉(zhuǎn)矩下，適當降低轉(zhuǎn)速。這樣，由于機械損失和磨損減少，對改善燃料經(jīng)濟性有利。 排氣污染和噪聲 ： ? 由于增壓柴油機有較充足的過量空氣系數(shù)，有害氣體排放量（ HC、 CO）一般為非增壓機的 1/3～1/2 ； ? 由于增壓適當加大了過量空氣系數(shù) Фa，使燃燒過程得到一定改善，其指示熱效率 ηi t往往也會有所提高； ? 如果采用增壓中冷技術，可顯著減少 NOx 排放 ； ? 由于增壓后，柴油機著火延遲期縮短，壓力上升率降低，可以使燃燒噪聲減少 ； ? 由于渦輪增壓器的設置，使進、排氣噪聲也有所減少 缺點： 主要體現(xiàn)在 低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性下降 等方面。 低速時，由于增壓壓力下降，轉(zhuǎn)矩 TTq 的增量明顯比高速時低，這就使轉(zhuǎn)矩特性的低速段很不理想，影響汽車加速性能及爬坡性能。 起動時，由于未建立增壓壓力，而增壓機的壓縮比 ε又比較低，所以起動、著火有一定困難。 此外，動態(tài)過程中，氣體壓力反應緩慢，增壓器葉片也有較大慣性，致使各種響應都變慢，不僅進一步影響了加速及起動性能，也因過渡過程拖長而使此時的排放和經(jīng)濟性能變差。 2. 增壓汽油機 ? 存在的主要問題： 汽油機增壓后，壓縮終點和溫度都加大，爆燃傾向加劇，熱負荷更加嚴重。若燃料辛烷值不提高，就必須采取降低壓縮比，推遲點火等相應措施，其結(jié)果會導致熱效率的下降。此外，汽油機增壓同樣存在低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性能下降的問題。 ? 可采取的措施： 電子可變渦輪噴嘴環(huán)截面控制、電控增壓壓力控制等技術的應用可以有效改善低速轉(zhuǎn)矩特性和動態(tài)特性；電控燃油噴射技術，實現(xiàn)了定時和轉(zhuǎn)矩特性（油量特性）的優(yōu)化；特別是電控爆燃控制、電控廢氣再循環(huán)控制以及增壓中冷技術 二、增壓壓力控制 發(fā)動機增壓時要防止增壓器超速及增壓壓力過高。渦輪增壓器超速可能損壞壓氣機及渦輪旋轉(zhuǎn)零部件，造成嚴重事故。增壓壓力過高則可能使汽油機發(fā)生爆燃；使柴油機機械負荷及熱負荷過高。 控制增壓壓力有三種辦法： ? 排氣旁通，減少進入渦輪的排氣及其能量； ? 部分增壓空氣返回到壓氣機入口或大氣中，減少入缸的空氣量； ? 通過電腦自動控制。 l. 排氣旁通 渦輪增壓發(fā)動機的離心式壓氣機，通常在 1／ 4 發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速以下的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，出口空氣壓力增加甚微。高于該轉(zhuǎn)速后，壓力逐步上升，如果不采用排氣旁通，則壓力沿著虛線上升，會超過發(fā)動機能承受的最高增壓壓力。因此要采取排氣旁通或別的措施，使其壓力控制在允許值以下。在一定具體條件下，采用大的渦輪及渦殼，也可以使壓力較低，如圖中虛線所示，但這是不經(jīng)濟的。 為了防止渦輪增壓器的超速及增壓壓力過高，可以采用提升閥等措施來控制排氣旁通的通道。 最高發(fā)動機轉(zhuǎn)速的百分率 （ %） 圖 3–34 控制增壓壓力與發(fā)動機轉(zhuǎn)速 增壓壓力（ bar ） 用軟管將壓氣機渦殼空腔與膜片作用器的空腔連接起來，傳遞壓氣機出口處空氣壓力變化信號。當發(fā)動機在正常的穩(wěn)定狀態(tài)下工作，增壓壓力不高，提升閥是關閉的。當增壓壓力超過某一規(guī)定值時，提升閥打開，部分排氣不進入渦輪，而由旁通管直接排入大氣中，因此渦輪轉(zhuǎn)速不會上升，壓氣機出口壓力也保持在限定值以下。 圖 3–35 排氣旁通增壓系統(tǒng) a）旁通閥關； b）旁通閥開 a） b） 提升閥的閥桿較長而且與排氣直接接觸，因此殼體外部應設計散熱翅片，以提高散熱效果。提升閥桿的上部有中心孔通道，將從壓氣機出口有壓力的空氣引入旁通閥的殼體內(nèi)，冷卻閥后排出。另一方面，從閥桿與閥導向管間隙滲入的排氣，也由壓縮空氣從排氣旁通管路中壓到排氣管中，減輕旁通閥及膜作用器的熱負荷。 圖 3–36 旁通閥及膜片作用器的冷卻 在用排氣背壓及壓氣機入口處真空度聯(lián)合控制時，當發(fā)動機在中等轉(zhuǎn)速部分負荷工作時，排氣背壓通過鋼管傳遞，作用在膜片作用器的膜片上，使旁通閥部分打開（圖 3–37b）），實現(xiàn)控制增壓壓力的目的。如果發(fā)動機在中速、高速大負荷工況工作，輸入渦輪的排氣能量增加，使壓氣機轉(zhuǎn)速及出口壓力進一步上升，此時壓氣機入口處真空度增大，其影響與排氣背壓同時作用在膜片作用器上；使旁通閥打開（圖 3–37c）），更多的排氣從旁通閥排入大氣中，使增壓壓力保持在一定范圍內(nèi)。 圖 3–37 排氣背壓及壓氣機入口處真空度控制的增壓系統(tǒng) a）旁通閥關； b）旁通閥部分打開； c）旁通閥全開 c） a） 2. 空氣旁通 將化油器的節(jié)氣門通過桿件與空氣直接進入氣缸的旁通進氣道中一閥門連接在一起。當節(jié)氣門開度很小，例如小于 1／ 3開度，那么旁通進氣道中的閥門打開（圖3–38a）），大部分空氣不經(jīng)過壓氣機直接進入氣缸中。當節(jié)氣門開度大于 1／ 3開度時，旁通進氣道中閥門關閉，空氣進入壓氣機，從而發(fā)動機在一定增壓壓力下工作（圖 3–38b））。 圖 3–38 空氣旁通的增壓系統(tǒng) a） 低速輕負荷工況； b） 高速重負荷工況 a） b） 該系統(tǒng)主要由微處理機、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器（圖中表示通過分配器提供轉(zhuǎn)速變化信號）及敲缸傳感器組成。輸入信號經(jīng)過處理后，微處理器給電磁線圈發(fā)出指令，控制旁通閥開或者關。 由于采用了微處理器控制，在發(fā)生敲缸征兆時，可以自動推遲點火提前角，避免爆燃， 因此采用這種控制系統(tǒng)的汽油機增壓后，可以不降低壓縮比，采用原先使用的汽油。 3. 自動控制 三、可變渦殼通道及噴嘴環(huán)流通截面的渦輪 1. 雙渦殼通道的渦輪 圖 3–39 雙通道渦殼增壓系統(tǒng) a） 低速輕負荷工況； b） 高速重負荷工況 a） b） 2. 可變渦殼通道的渦輪增壓系統(tǒng) a） b） 圖 3–40 可變渦殼通道截面的增壓系統(tǒng) a） 低速運轉(zhuǎn)閘閥關； b） 高速運轉(zhuǎn)閘閥開 3. 可變噴嘴環(huán)流通截面的渦輪 圖 3–41 噴嘴環(huán)流通截面可變的渦輪 a） 噴嘴葉片接近關閉狀態(tài)； b） 噴嘴葉片接近全開狀態(tài) a） b） 四、汽油機增壓系統(tǒng)的常用措施 ? 電控汽油噴射系統(tǒng) 成功地擺脫了增壓器與化油器匹配的困難，為汽油機增壓技術奠定了基礎。還為在汽油機增壓系統(tǒng)中實現(xiàn)爆燃控制、放氣控制、排放控制、增壓器可變技術的應用等綜合控制帶來了方便。 ? 電控爆燃控制 采用爆燃控制以后，可以在避免發(fā)生爆燃的前提下，最大限度地發(fā)揮整機潛力 ? 增壓中冷 增壓空氣進行中冷，對增加充量、降低熱負荷、消除爆燃均十分有利。 1. 電控汽油噴射系統(tǒng) 圖 3–43 增壓汽油機的電子控制系統(tǒng) 1—空氣濾清器； 2—空氣流量計； 3—渦輪增壓器； 4—放氣閥； 5—爆燃傳感器； 6—水溫傳感器；7—增壓壓力傳感器； 8—節(jié)流閥位置傳感器； 9—EGR閥； 10—中冷器； 11—噴嘴； 12—點火線圈； 13—火花塞； 14—比例式壓力控制電磁閥； 15—電動汽油泵； 16—變速器空檔位； 17—車速傳感器； 18—點火正時控制信號； 19—曲軸轉(zhuǎn)角傳感器 2. 電控爆燃控制 圖 3–46 爆燃控制過程的波形圖 圖 3–47 點火時刻和爆燃的關系 l—爆燃范圍； 2—余量幅度； 3—無爆燃控制時； 4—有爆燃控制時； MBT—最大轉(zhuǎn)矩的點