【正文】 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(guān)； 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(guān)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(shù)奠定了基礎(chǔ)。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(guān)。當節(jié)氣門開度大于 1／ 3開度時，旁通進氣道中閥門關(guān)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 3–37 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(guān)； 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。 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。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。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。 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。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。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。 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。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。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。 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。 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。 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(shù)，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(shè)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。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。m） 功率（ kW） Be （ g/kW在分層燃燒與均質(zhì)化學(xué)計量比燃燒領(lǐng)域之間，有弱分層燃燒和均質(zhì)燃燒兩個區(qū)域。h） 轉(zhuǎn)矩變動∕% α α 圖 2–30 豐田 D4缸內(nèi)直噴式稀燃汽油機 VVTi 圖 3–31 豐田 D4 燃燒室混合氣形成 a） 燃氣混合過程； b） 缸內(nèi)混合氣濃度分布 a） b） 圖 3–32 D4稀燃發(fā)動機控制方法 轉(zhuǎn) 矩 ∕ N ? 氣缸和燃油系統(tǒng)磨損增加。 ? 低負荷時 HC 排放高，高負荷時 NOx 排放高，有碳煙生成。分層燃燒對燃油蒸氣在缸內(nèi)的分布要求很高，通常噴油時刻、點火時刻、空氣運動、噴霧特性和燃燒室形狀配合必須控制得十分嚴格，否則很容易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定和失火。 ? 中小負荷時，周邊區(qū)域參與燃燒的程度較小，氣體溫度降低，使傳熱損失減小。 ? 由于燃燒放熱速率提高等，可使燃油消耗率改善 2％～ 3％，而怠速改善 10％ 以上。 GDI發(fā)動機具有以下優(yōu)點： ? 由于稀混合氣燃燒時 N2 和 O2 雙原子分子增多，氣體的比熱容比增大，可使理論循環(huán)熱效率有較大提高。 缸內(nèi)直噴分層混合氣燃燒主要依靠由火花塞處向外擴展的由濃到稀的混合氣，目前實現(xiàn)方法有三種，即借助于燃燒室形狀的壁面引導(dǎo)方式，依靠氣流運動的氣流引導(dǎo)方式和依靠燃油噴霧的噴霧控制方式。此燃燒系統(tǒng)經(jīng)濟性比常規(guī)汽油機提高 6％～ 8％， NOx 含量（體積分數(shù)）下降 80％。 （ 2）橫向分層燃燒系統(tǒng) 圖 3–27 橫向分層燃燒系統(tǒng) 橫向分層稀燃系統(tǒng)是利用滾流來實現(xiàn)的。分層燃燒方式又有軸向分層燃燒系統(tǒng)和橫向分層燃燒系統(tǒng) 。 圖 3–21不同燃燒方式的性能對比 空燃比 α 一、均質(zhì)稀薄燃燒技術(shù) 1. 火球高壓縮比燃燒室 圖 3–22 火球燃燒室 圖 3–23 各種發(fā)動機油耗比較 圖 3–24 碗形燃燒室 圖 3–25 HRCC發(fā)動機與常規(guī)發(fā)動機油耗和排污的比較 實線 –HRCC；虛線 –常規(guī) 二、分層燃燒技術(shù) （一）分層燃燒系統(tǒng) 為合理組織燃燒室內(nèi)的混合氣分布，即在火花間隙周圍局部形成具有良好著火條件的較濃混合氣，空燃比在 12～ 左右，而在燃燒室的大部分區(qū)域是較稀的混合氣，兩者之間，為了有利于火焰?zhèn)鞑?，混合氣濃度從火花塞開始由濃到稀逐步過渡，這就是所謂的分層燃燒系統(tǒng)。 稀燃汽油機可分為兩大類，一類是 均質(zhì)稀燃 ，另一類為 分層稀燃 。 圖 3–16 進氣管長度對進氣波動效應(yīng)的影響 圖 3–17 Audi V6發(fā)動機的可變長度進氣管 1–活門； 2–膜片閥 圖 3–19 長度無級可變進氣系統(tǒng)示意圖 1—可活動的圓筒 （ 空氣分配器 ） ； 2—固定的殼體； 3—進氣道； 4—側(cè)壁 （ 用于圓筒的支承 ） ；5—圓筒中的空氣進口； 6—進氣道中的空氣進口；7—密封墊 （ 如彈簧片 ） ； 8—進氣門 圖 3–18 可變進氣管長度電子控制 帶來的轉(zhuǎn)矩增益 發(fā)動機轉(zhuǎn)矩TTq / N這種效應(yīng)稱為進氣管動態(tài)效應(yīng)。因為進氣系統(tǒng)的管端是敞開的，膨脹波在此膨脹變成壓縮波并同樣以當?shù)芈曀俜聪騻骰剡M氣門。 圖 3–15 Ford 公司的電液式氣門驅(qū)動系統(tǒng)的氣門運動過程 a）高壓電磁閥開啟，氣門開啟加速； b）低壓單向閥開啟，氣門開啟減速； c）高、低壓電磁閥和高、低壓單向閥全關(guān)閉，氣門全開； d）低壓電磁閥開啟，氣門關(guān)閉加速； e）高壓單向閥開啟，氣門關(guān)閉減速； f）低壓電磁閥再次開啟，氣門落座 三、合理利用進氣動態(tài)效應(yīng) 進氣門的開啟和活塞的運動是一種擾動，會在進氣系統(tǒng)產(chǎn)生膨脹波。低壓電磁閥的開關(guān)控制氣門的閉合。活塞無桿腔的油壓作用面積，比有桿腔的油壓作用面要大。一個雙作用、單活塞桿的液壓缸的活塞與發(fā)動機氣門導(dǎo)桿頂部相連。它既不需要凸輪也不需要彈簧，而利用壓縮油液的彈性能，在氣門的開啟與閉合期間，使氣門加速或減速，這就是液壓擺或液壓振動體的原理。 4. 電液氣門驅(qū)動 電液氣門驅(qū)動（ electrohydraulic valve actuation）的工作原理，是將氣門與一個液壓活塞相連接，通過電磁閥控制液壓缸內(nèi)高壓和低壓液體的流入和流出，從而控制液壓活塞－氣門的運動。 電磁氣門驅(qū)動控制方便，結(jié)構(gòu)較為簡單，是比較容易想到的無凸輪軸氣門驅(qū)動方式。需要開啟時，線圈 5 斷電，銜鐵和氣門在彈簧力作用下向下運動。要使氣門關(guān)閉時，線圈 2 斷電，銜鐵和氣門在彈簧力的作用下向上運動；在氣門接近關(guān)閉位置時，線圈 5 通電，電磁力幫助氣門（銜鐵）快