【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī) 一、廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能 1. 增壓柴油機(jī) 轉(zhuǎn)矩（ Nm） 功率（ kW） Be （ g/kWh） 圖 3–33 增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 （ r/min） 經(jīng)濟(jì)性： ? 柴油機(jī)增壓后，平均指示壓力 大大增加，而其平均機(jī)械損失壓力 卻增加不多，因此，機(jī)械效率 ηm 提高； ? 由于增壓適當(dāng)加大了過(guò)量空氣系數(shù) Фa，使燃燒過(guò)程得到一定改善，其指示熱效率 ηi t往往也會(huì)有所提高； ? 增壓機(jī)大多作泵氣正功，也會(huì)使指示熱效率提高； ? 如果增壓和非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)功率相同，則增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以減少排量，顯然，這樣使機(jī)械損失減少，燃油消耗率降低。另外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)排量減少，整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)體積、質(zhì)量都會(huì)減少，這樣降低整車油耗也有利； ? 發(fā)動(dòng)機(jī)采用增壓后，還可以在保證原有功率和一定轉(zhuǎn)矩下，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。這樣，由于機(jī)械損失和磨損減少，對(duì)改善燃料經(jīng)濟(jì)性有利。 排氣污染和噪聲 ： ? 由于增壓柴油機(jī)有較充足的過(guò)量空氣系數(shù)，有害氣體排放量（ HC、 CO）一般為非增壓機(jī)的 1/3～1/2 ； ? 由于增壓適當(dāng)加大了過(guò)量空氣系數(shù) Фa，使燃燒過(guò)程得到一定改善，其指示熱效率 ηi t往往也會(huì)有所提高； ? 如果采用增壓中冷技術(shù)，可顯著減少 NOx 排放 ； ? 由于增壓后，柴油機(jī)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(shè)置，使進(jìn)、排氣噪聲也有所減少 缺點(diǎn)： 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(shí)，由于增壓壓力下降，轉(zhuǎn)矩 TTq 的增量明顯比高速時(shí)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(dòng)時(shí)，由于未建立增壓壓力，而增壓機(jī)的壓縮比 ε又比較低，所以起動(dòng)、著火有一定困難。 此外，動(dòng)態(tài)過(guò)程中，氣體壓力反應(yīng)緩慢，增壓器葉片也有較大慣性，致使各種響應(yīng)都變慢，不僅進(jìn)一步影響了加速及起動(dòng)性能，也因過(guò)渡過(guò)程拖長(zhǎng)而使此時(shí)的排放和經(jīng)濟(jì)性能變差。 2. 增壓汽油機(jī) ? 存在的主要問(wèn)題： 汽油機(jī)增壓后，壓縮終點(diǎn)和溫度都加大，爆燃傾向加劇，熱負(fù)荷更加嚴(yán)重。若燃料辛烷值不提高，就必須采取降低壓縮比，推遲點(diǎn)火等相應(yīng)措施，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致熱效率的下降。此外，汽油機(jī)增壓同樣存在低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性能下降的問(wèn)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(shù)的應(yīng)用可以有效改善低速轉(zhuǎn)矩特性和動(dòng)態(tài)特性；電控燃油噴射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)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(shù) 二、增壓壓力控制 發(fā)動(dòng)機(jī)增壓時(shí)要防止增壓器超速及增壓壓力過(guò)高。渦輪增壓器超速可能損壞壓氣機(jī)及渦輪旋轉(zhuǎn)零部件，造成嚴(yán)重事故。增壓壓力過(guò)高則可能使汽油機(jī)發(fā)生爆燃；使柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷過(guò)高。 控制增壓壓力有三種辦法： ? 排氣旁通，減少進(jìn)入渦輪的排氣及其能量； ? 部分增壓空氣返回到壓氣機(jī)入口或大氣中，減少入缸的空氣量； ? 通過(guò)電腦自動(dòng)控制。 l. 排氣旁通 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的離心式壓氣機(jī)，通常在 1／ 4 發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)的。 為了防止渦輪增壓器的超速及增壓壓力過(guò)高，可以采用提升閥等措施來(lái)控制排氣旁通的通道。 最高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的百分率 （ %） 圖 3–34 控制增壓壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 增壓壓力（ bar ） 用軟管將壓氣機(jī)渦殼空腔與膜片作用器的空腔連接起來(lái)，傳遞壓氣機(jī)出口處空氣壓力變化信號(hào)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常的穩(wěn)定狀態(tài)下工作，增壓壓力不高，提升閥是關(guān)閉的。當(dāng)增壓壓力超過(guò)某一規(guī)定值時(shí)，提升閥打開(kāi)，部分排氣不進(jìn)入渦輪，而由旁通管直接排入大氣中，因此渦輪轉(zhuǎn)速不會(huì)上升，壓氣機(jī)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(guān)； b）旁通閥開(kāi) a） b） 提升閥的閥桿較長(zhǎng)而且與排氣直接接觸，因此殼體外部應(yīng)設(shè)計(jì)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(jī)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(dǎo)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(fù)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(jī)入口處真空度聯(lián)合控制時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在中等轉(zhuǎn)速部分負(fù)荷工作時(shí)，排氣背壓通過(guò)鋼管傳遞，作用在膜片作用器的膜片上，使旁通閥部分打開(kāi)（圖 3–37b）），實(shí)現(xiàn)控制增壓壓力的目的。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在中速、高速大負(fù)荷工況工作，輸入渦輪的排氣能量增加，使壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速及出口壓力進(jìn)一步上升，此時(shí)壓氣機(jī)入口處真空度增大，其影響與排氣背壓同時(shí)作用在膜片作用器上；使旁通閥打開(kāi)（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(jī)入口處真空度控制的增壓系統(tǒng) a）旁通閥關(guān)； b）旁通閥部分打開(kāi)； c）旁通閥全開(kāi) c） a） 2. 空氣旁通 將化油器的節(jié)氣門通過(guò)桿件與空氣直接進(jìn)入氣缸的旁通進(jìn)氣道中一閥門連接在一起。當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度很小，例如小于 1／ 3開(kāi)度，那么旁通進(jìn)氣道中的閥門打開(kāi)（圖3–38a）），大部分空氣不經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)直接進(jìn)入氣缸中。當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度大于 1／ 3開(kāi)度時(shí)，旁通進(jìn)氣道中閥門關(guān)閉，空氣進(jìn)入壓氣機(jī)，從而發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)荷工況； b） 高速重負(fù)荷工況 a） b） 該系統(tǒng)主要由微處理機(jī)、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器（圖中表示通過(guò)分配器提供轉(zhuǎn)速變化信號(hào)）及敲缸傳感器組成。輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，微處理器給電磁線圈發(fā)出指令，控制旁通閥開(kāi)或者關(guān)。 由于采用了微處理器控制，在發(fā)生敲缸征兆時(shí)，可以自動(dòng)推遲點(diǎn)火提前角，避免爆燃， 因此采用這種控制系統(tǒng)的汽油機(jī)增壓后，可以不降低壓縮比，采用原先使用的汽油。 3. 自動(dòng)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(fù)荷工況； b） 高速重負(fù)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(yùn)轉(zhuǎn)閘閥關(guān)； b） 高速運(yùn)轉(zhuǎn)閘閥開(kāi) 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(guān)閉狀態(tài)； b） 噴嘴葉片接近全開(kāi)狀態(tài) a） b） 四、汽油機(jī)增壓系統(tǒng)的常用措施 ? 電控汽油噴射系統(tǒng) 成功地?cái)[脫了增壓器與化油器匹配的困難，為汽油機(jī)增壓技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。還為在汽油機(jī)增壓系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)爆燃控制、放氣控制、排放控制、增壓器可變技術(shù)的應(yīng)用等綜合控制帶來(lái)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(jī)潛力 ? 增壓中冷 增壓空氣進(jìn)行中冷，對(duì)增加充量、降低熱負(fù)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(jī)的電子控制系統(tǒng) 1—空氣濾清器； 2—空氣流量計(jì)； 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(diǎn)火線圈； 13—火花塞； 14—比例式壓力控制電磁閥； 15—電動(dòng)汽油泵； 16—變速器空檔位； 17—車速傳感器； 18—點(diǎn)火正時(shí)控制信號(hào)； 19—曲軸轉(zhuǎn)角傳感器 2. 電控爆燃控制 圖 3–46 爆燃控制過(guò)程的波形圖 圖 3–47 點(diǎn)火時(shí)刻和爆燃的關(guān)系 l—爆燃范圍； 2—余量幅度； 3—無(wú)爆燃控制時(shí)； 4—有爆燃控制時(shí)； MBT—最大轉(zhuǎn)矩的點(diǎn)