【文章內(nèi)容簡介】 畢業(yè)設(shè)計論文 9 三、 汽油機廢氣渦輪增壓研究意義 1增壓技術(shù)首先在柴油機領(lǐng)域得到發(fā)展，目前工業(yè)發(fā)達國家大中功率柴油機已全部采用增壓技術(shù)，中小型車用柴油機增壓也達 80%。汽油機增壓的發(fā)展相對較晚，技術(shù)水平也落后于柴油機。 20 世紀 70年代末國外汽油機開始逐漸采用增壓技術(shù)，并得到了迅速的發(fā)展和完善， 1990 年美國生產(chǎn)的汽油機已有 1/4 采用了增壓技術(shù)， 1992 年國際市場上出售的汽油機有巧 %采用增壓技術(shù)，目前國外的汽油機增壓正處于完善和推廣應(yīng)用階段。內(nèi)燃機增壓的先進技術(shù)主要集中于美國、德國和日本。相對于柴油機而言，汽油機在小排量，尤其是轎車發(fā)動機領(lǐng)域，有其獨特的應(yīng)用優(yōu)勢及地位，所以汽油機的增壓研 究 對于節(jié)約能源及提高汽車性能都具有重要意義。 2汽油機廢氣渦輪增壓研究現(xiàn)狀 經(jīng)過 80 多年的不斷發(fā)展，特別是 20 世紀 90 年代以來，由于 CAD/ CAM，電控、材料和制造技術(shù)等科學技術(shù)的迅速發(fā)展，許多相關(guān)學科領(lǐng)域的成果被大景用于增壓技術(shù)領(lǐng)域，從而出現(xiàn)多種增壓方式。針對不 同的車用發(fā)動機，使用不同的增壓方式才能達到最佳的匹配，下而是幾中典型增壓方式的比較。 從表中我們可以看出各種增壓方式都有利有弊，但由于廢氣渦輪 增壓器結(jié)構(gòu)簡單，而目‘對提升發(fā)動機性能效果很好當 1臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器的相比，可增加大約 40%甚至更多 ?；蛘哒f， 1臺小排量的發(fā)動機經(jīng)增壓后，可以產(chǎn)生較 吉林農(nóng)業(yè)大學發(fā)展學院 畢業(yè)設(shè)計論文 10 大排量發(fā)動機相同的功率 。試驗證明由于渦輪增壓發(fā)動機的燃燒比較完全，排煙濃度降低，廢氣中 CO 和 HC 含量明顯減少， NOx含量也大為改觀，對減少汽車排氣污染有利。此外，由于燃燒壓力 升高率降低，發(fā)動機工作柔和，噪聲比較小 。而目‘在高原地區(qū)也可以恢復(fù)功率減少油耗。由于裝在汽油機上爆震傾向大大增強，而目‘汽油機的轉(zhuǎn)速和功率范圍寬，系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以目前應(yīng)用較少，只有少數(shù)高級轎車安裝，但是隨著技術(shù)的不斷提高，應(yīng)用會越來越廣。裝在柴油機上不存在什么大難題所以普及很廣，在重型柴油機上已經(jīng)達到了 100%，而目‘目前已向小型柴油機迅速發(fā)展。 3廢氣渦輪增壓技術(shù) 帶中冷器和放氣閥渦輪增壓器，設(shè)計簡單，并能很好地保證低 速轉(zhuǎn)矩和高速限壓，而目‘能滿足我國排放法規(guī)的要求。目前大多數(shù)車用柴油發(fā)動機 都安裝它。 3. 1中冷器 氣體經(jīng)過壓縮后溫度有很大的提高，即使是低增壓度，一般也 高出 6080℃以上，升溫將造成發(fā)動機功率降低，效率降低。為此需將吸入的空氣在中冷器中再次冷卻，使密度增加，從而使功率、扭矩相應(yīng)增加。另外，增壓中冷還有利于降低排放中 NOx和微粒的含量，減少了柴油機后處理 NOx的困難。 中冷器的冷卻方式一般有以下 3種類型 : (1)空對空中間冷卻器 。 (2)水對空中間冷卻器 。 吉林農(nóng)業(yè)大學發(fā)展學院 畢業(yè)設(shè)計論文 11 (3)油對空中間冷卻器。 水對空中冷器可分為利用發(fā)動機循環(huán)水和獨立的循環(huán) 水系統(tǒng) 2 種。前者的裝置簡單，可根據(jù)空間和實際條件直接裝在車用發(fā)動機 上，但發(fā)動機水溫木身就高，大約在 80 90℃左右，所能得到的空氣冷卻程度是有限的。在后一種情況下，由于可利用溫度較低的冷卻 水，所以增壓空氣的冷卻效果好，但需要設(shè)置單獨的冷卻水系統(tǒng)，故 它只能用于固定式工業(yè)用柴油機或船用發(fā)動機。油對空中間冷卻器和 水對空中間冷卻器相似。 空對空中冷可用于難于得到溫度較低的冷卻水的場合。常用以下 2種方法 (1)它是用管子將充氣通到單獨安裝在前而的散熱器，利用裝在 柴油機上的風扇供給的冷卻空 氣進行冷卻，增壓空氣的溫度可冷卻到 50}600C o 但由于空氣的傳熱系數(shù)比水低得多，所以空對空的體積要比水對空中冷器大些。一般將中冷器直接布置在發(fā)動機冷卻水箱的前而，但應(yīng)靠近增壓器。 (2)在進氣管前段設(shè)置一個風扇，有專用電機 lx 動，冷卻效果最 好，但是設(shè)計復(fù)雜。一般來說，增壓比越高，采用中冷的效果越顯著， 采用中冷的必要性就越大。是臺采用中冷主要取決于增壓發(fā)動機的增 壓強度，也與發(fā)動機用途和使用條件等因素有關(guān)，使用時要權(quán)衡利弊。 比較起來，空對空中冷有更大的發(fā)展?jié)摿?，特別是采用高溫冷卻的車 用發(fā)動機，更應(yīng)優(yōu)先考慮空對空中冷器。 目前車用發(fā)動機常用的是水冷，原因是其設(shè)計簡單，體積小，容 吉林農(nóng)業(yè)大學發(fā)展學院 畢業(yè)設(shè)計論文 12 易布置。但以后可能會向空冷方而發(fā)展。 3. 2放氣閥 柴油機在高速高負荷時，排氣流量大，因而排氣能量大，導(dǎo)致渦 輪增壓器轉(zhuǎn)速高，增壓壓力也高，但是在柴油機低速時，即使增加負荷，廢氣流量也不大，因而增壓空氣壓力低，發(fā)動機扭矩增量過小。作為改善的辦法，可以用小容量的渦輪增壓器和柴油機的中速相匹配，以提高柴油機中速時的扭矩。這樣又出現(xiàn)將柴油機高速高負荷時增壓過高，增壓器轉(zhuǎn)速過大的問題。為此采用排氣旁通閥 ，在高速高負荷時，旁通閥打開，放掉一部分廢氣，以降低增壓器轉(zhuǎn)速，控制壓比。 放氣的方式目前主要有以下 2種 : (1)將部分排氣放入大氣 。 (2)將部分增壓空氣放入大氣。 從熱力學觀點來看，放增壓空氣比放排氣更不理想，但實際上兩者對油耗率的影響差別不大。目前車用發(fā)動機常用的是將部分排氣放入大氣。 四 、汽油機廢氣渦輪增壓解決措施 汽油機最大增壓壓力尸 *主要是受爆震的限制，而增壓后爆震加劇的最大原因是由于熱負荷增加，兩者是密切相關(guān)的。對一臺汽油機來說要進行渦 輪增壓首要的問題是要防止發(fā)生爆震燃燒，一般可考慮吉林農(nóng)業(yè)大學發(fā)展學院 畢業(yè)設(shè)計論文 13 下列方法。 這是防止爆震最常見有效的方法。降低壓縮比還可以改善排放，據(jù)經(jīng)驗表明，當 e從 ，排氣中的 HC 減少 50%, NOx減少 30%40%。但汽油機的壓縮比本來就比較小，處于對經(jīng)濟性很敏感的區(qū)域， 。的下降必然引起熱效率下降較多。因此，不希望僅用一個措施來解決防止爆震問題。在燃油等級不變的情況下，汽油機改為渦輪增壓時的壓縮比 k，可按下列經(jīng)驗公式確定 :、二 po0k 3汽油機廢氣渦輪增壓的障礙 廢氣渦輪 增壓技術(shù)和廢氣渦輪增壓器在柴油車上已經(jīng)得到大量的使用和裝配，是柴油車發(fā)展的一種必然趨勢。但是在提高汽油機動力性、經(jīng)濟性和排放性的同時，車用汽油機廢氣渦輪增壓技術(shù)存在不少問題和障礙，這些問題和障礙限制了廢氣渦輪增壓技術(shù)在汽油機上的應(yīng)用。 ，與非增壓情況相同 推遲點火時間將有助于防止爆震。