汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理報(bào)告

1、柴油機(jī)增壓技術(shù)與汽油機(jī)增壓技術(shù)特點(diǎn)與區(qū)別目錄研究背景研究背景柴油機(jī)增壓技術(shù)柴油機(jī)增壓技術(shù)總結(jié)總結(jié)汽油機(jī)增壓技術(shù)汽油機(jī)增壓技術(shù)參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 1、研究背景及發(fā)展趨勢、研究背景及發(fā)展趨勢1.11.1世界背景世界背景 增壓技術(shù)首先在柴油機(jī)領(lǐng)域得到發(fā)展，增壓技術(shù)首先在柴油機(jī)領(lǐng)域得到發(fā)展， 目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家大中目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家大中功率柴油機(jī)已全部采用增壓技術(shù)，中小型車用柴油機(jī)增壓也達(dá)功率柴油機(jī)已全部采用增壓技術(shù)，中小型車用柴油機(jī)增壓也達(dá)8080 。汽油機(jī)增壓的發(fā)展相對較晚，技術(shù)水平也落后于柴油機(jī)。汽油機(jī)增壓的發(fā)展相對較晚，技術(shù)水平也落后于柴油機(jī)。2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代年代末國外汽油機(jī)開始逐漸采

2、用增壓技術(shù)，并得到了迅速的發(fā)展和完善，末國外汽油機(jī)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 1990 年美國生產(chǎn)的汽油機(jī)已有年美國生產(chǎn)的汽油機(jī)已有1 14 4 采用了增壓技術(shù)，采用了增壓技術(shù)，19921992年國際市場年國際市場上出售的汽油機(jī)有上出售的汽油機(jī)有1515采用增壓技術(shù)，目前國外的汽油機(jī)增壓正處于完采用增壓技術(shù)，目前國外的汽油機(jī)增壓正處于完善和推廣應(yīng)用階段。內(nèi)燃機(jī)增壓的先進(jìn)技術(shù)主要集中于美國、德國和日善和推廣應(yīng)用階段。內(nèi)燃機(jī)增壓的先進(jìn)技術(shù)主要集中于美國、德國和日本。相對于柴油機(jī)而言，汽油機(jī)在小排量，本。相對于柴油機(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，尤其是轎

3、車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，有其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢及地位，有其獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢及地位， 所以汽油機(jī)的增壓研究對于節(jié)約能源及所以汽油機(jī)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。提高汽車性能都具有重要意義。1.21.2我國背景我國背景 汽油機(jī)增壓的發(fā)展相對較晚，汽油機(jī)增壓的發(fā)展相對較晚， 技術(shù)水平也落后于柴油機(jī)。我技術(shù)水平也落后于柴油機(jī)。我國國2 0 2 0 世紀(jì)世紀(jì)7 0 7 0 年代末開始研究汽油機(jī)增壓，并在年代末開始研究汽油機(jī)增壓，并在CA-10B CA-10B 和和DG26100-DG26100-1212機(jī)型上取得成功。機(jī)型上取得成功。2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代末，清華、西安交大等幾家高等院校年代

4、末，清華、西安交大等幾家高等院校和內(nèi)燃機(jī)廠也相繼對和內(nèi)燃機(jī)廠也相繼對49ZQ49ZQ汽油機(jī)進(jìn)行增壓研究汽油機(jī)進(jìn)行增壓研究11。作為汽油機(jī)增壓，。作為汽油機(jī)增壓，除提高功率扭矩，還用于高原上恢復(fù)功率。由于受爆震的影響和熱負(fù)荷除提高功率扭矩，還用于高原上恢復(fù)功率。由于受爆震的影響和熱負(fù)荷的限制，增壓度都不高，的限制，增壓度都不高， 性能也不夠完善，實(shí)際應(yīng)用很少。到性能也不夠完善，實(shí)際應(yīng)用很少。到20012001年，年，只有少數(shù)車型采用增壓，還沒有國產(chǎn)車型?，F(xiàn)在，只有少數(shù)車型采用增壓，還沒有國產(chǎn)車型?，F(xiàn)在， 國內(nèi)已開發(fā)出轎車國內(nèi)已開發(fā)出轎車用增壓柴油機(jī)和汽油機(jī)產(chǎn)品，用增壓柴油機(jī)和汽油機(jī)產(chǎn)品， 如帕薩

5、特如帕薩特- -領(lǐng)馭領(lǐng)馭1.8T 1.8T 、大眾、大眾- -速騰速騰1. 8T 1. 8T 、奧迪奧迪A6L 2.0TA6L 2.0T等均采用了渦輪增壓技術(shù)。等均采用了渦輪增壓技術(shù)。1 13 3發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的作用發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的作用 增壓的作用是，在氣缸容積一定增壓的作用是，在氣缸容積一定 的情況下，充氣密度越大，的情況下，充氣密度越大，新鮮空氣的絕對量越大，就可以噴入較多的燃料新鮮空氣的絕對量越大，就可以噴入較多的燃料 進(jìn)行燃燒，發(fā)進(jìn)行燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)就能發(fā)出更大的功率、增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增長程度常以動(dòng)機(jī)就能發(fā)出更大的功率、增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增長程度常以 增壓度增壓度K K表示：表示： 式中式中s

6、s增壓后的充氣密度；增壓后的充氣密度； o o增壓前的充氣密度。增壓前的充氣密度。 由公式可以看出，增壓度的大小取決于充氣密度的提高程度，由公式可以看出，增壓度的大小取決于充氣密度的提高程度，而而s s=P=Ps s/RT/RTs s，故充氣密度的提高，除了提高進(jìn)氣壓力以外，還，故充氣密度的提高，除了提高進(jìn)氣壓力以外，還要降低進(jìn)氣溫度。于是為了增強(qiáng)增壓效果，特別是在高增壓情況要降低進(jìn)氣溫度。于是為了增強(qiáng)增壓效果，特別是在高增壓情況下需要采用進(jìn)氣冷卻措施，而中冷除了可以提高充氣密度以外還下需要采用進(jìn)氣冷卻措施，而中冷除了可以提高充氣密度以外還可以相應(yīng)降低排氣溫度，并且對降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷也是有利的

7、。可以相應(yīng)降低排氣溫度，并且對降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷也是有利的。2.柴油機(jī)的增壓技術(shù) 2.1柴油機(jī)的增壓原理：柴油機(jī)的增壓原理： 所謂柴油機(jī)增壓，就是將進(jìn)入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的空所謂柴油機(jī)增壓，就是將進(jìn)入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的空氣，利用一種裝置預(yù)先進(jìn)行壓縮，提高其密度，并在氣，利用一種裝置預(yù)先進(jìn)行壓縮，提高其密度，并在供油系統(tǒng)的合理配合下，使更多的燃料得到充分燃燒，供油系統(tǒng)的合理配合下，使更多的燃料得到充分燃燒，從而使柴油機(jī)發(fā)出更大的功率。從而使柴油機(jī)發(fā)出更大的功率。 由于空氣量增加，燃燒充分，所以還可提高柴油由于空氣量增加，燃燒充分，所以還可提高柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和減少柴油機(jī)有害成分的排放。機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和減少柴油機(jī)有

8、害成分的排放。 2.2柴油機(jī)主要增壓方式：柴油機(jī)主要增壓方式： 2.2.1廢氣渦輪增壓：利用柴油機(jī)排出的廢氣，來驅(qū)廢氣渦輪增壓：利用柴油機(jī)排出的廢氣，來驅(qū)動(dòng)渦輪使其高速旋轉(zhuǎn)。帶動(dòng)壓氣機(jī)工作動(dòng)渦輪使其高速旋轉(zhuǎn)。帶動(dòng)壓氣機(jī)工作,使空氣的壓使空氣的壓力提高，從而提高了空氣的密度，達(dá)到增壓、提高柴力提高，從而提高了空氣的密度，達(dá)到增壓、提高柴油機(jī)功率的目的。油機(jī)功率的目的。 2.2.2柴油機(jī)柴油機(jī)廢氣渦輪廢氣渦輪增壓的特點(diǎn)：增壓的特點(diǎn)：a. 經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性。廢氣渦輪增壓技術(shù)提高廢氣渦輪增壓技術(shù)提高了柴油機(jī)了柴油機(jī)降低燃油消耗率，降低燃油消耗率，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 渦輪增壓

9、回收了部分廢氣能量，所以使有效渦輪增壓回收了部分廢氣能量，所以使有效功得到提高。由于回收廢氣能量可使功得到提高。由于回收廢氣能量可使油耗率降低油耗率降低3%-4% 渦輪增壓后，進(jìn)入柴油機(jī)的新鮮空氣溫度較渦輪增壓后，進(jìn)入柴油機(jī)的新鮮空氣溫度較高。改善了燃料的蒸發(fā)，加之空氣量增加，高。改善了燃料的蒸發(fā)，加之空氣量增加，油氣油氣混合混合更加均勻。使燃燒更完善充分，從而降低了更加均勻。使燃燒更完善充分，從而降低了燃油消耗率。燃油消耗率。 渦輪增壓后，柴油機(jī)功率提高，機(jī)械摩擦損渦輪增壓后，柴油機(jī)功率提高，機(jī)械摩擦損失相對減少，因而使失相對減少，因而使機(jī)械效率機(jī)械效率提高。從而提高了提高。從而提高了柴油機(jī)

10、的經(jīng)濟(jì)性，降低了油耗率。柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，降低了油耗率。b. 動(dòng)力性。動(dòng)力性。廢氣渦輪增壓技術(shù)提高了動(dòng)力性，主要表現(xiàn)在以下幾廢氣渦輪增壓技術(shù)提高了動(dòng)力性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：個(gè)方面： 增壓后改善了增壓后改善了燃燒燃燒，提高了燃燒效率，提高了燃燒效率 增壓后柴油機(jī)的增壓后柴油機(jī)的空氣密度空氣密度比非增壓提高比非增壓提高30%-200%以上，故進(jìn)入缸內(nèi)的空氣量增大了以上，故進(jìn)入缸內(nèi)的空氣量增大了30%-200%，加上合理的供油系統(tǒng)配合，就會有更多的油氣混合物加上合理的供油系統(tǒng)配合，就會有更多的油氣混合物進(jìn)行燃燒，從而發(fā)出更大的熱能，提高了柴油機(jī)的功進(jìn)行燃燒，從而發(fā)出更大的熱能，提高了柴油機(jī)的功率

11、。率。 渦輪增壓后，柴油機(jī)有富裕的空氣，可以通過渦輪增壓后，柴油機(jī)有富裕的空氣，可以通過大的氣門重迭角對氣缸進(jìn)行掃氣。從而大大降低活塞、大的氣門重迭角對氣缸進(jìn)行掃氣。從而大大降低活塞、缸蓋、氣門及排氣的溫度，使柴油機(jī)因缸蓋、氣門及排氣的溫度，使柴油機(jī)因提高功率熱負(fù)提高功率熱負(fù)荷升高的威脅得到部分緩解荷升高的威脅得到部分緩解。 c. 排放排放性能性能 增壓后由于空氣量增大，過量空氣系數(shù)增加，而增壓后由于空氣量增大，過量空氣系數(shù)增加，而且空氣燃油混合均勻。所以因燃燒不完全而產(chǎn)生的且空氣燃油混合均勻。所以因燃燒不完全而產(chǎn)生的CO和和HC下降。下降。 由于空氣充足，燃燒充分，所以碳煙生成大大減由于空氣

12、充足，燃燒充分，所以碳煙生成大大減小。試驗(yàn)結(jié)果表明，柴油機(jī)渦輪增壓比非增壓煙度可下小。試驗(yàn)結(jié)果表明，柴油機(jī)渦輪增壓比非增壓煙度可下降降20%-80%。 如果增壓后再進(jìn)行中冷，如果增壓后再進(jìn)行中冷，NOx也可以大大下降。也可以大大下降。 2.3機(jī)械增壓：機(jī)械增壓： 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):機(jī)械增壓器由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動(dòng)，機(jī)械增壓器由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動(dòng)，或由曲軸齒形傳動(dòng)帶輪經(jīng)齒形傳動(dòng)帶及電磁離合器驅(qū)或由曲軸齒形傳動(dòng)帶輪經(jīng)齒形傳動(dòng)帶及電磁離合器驅(qū)動(dòng)動(dòng) 種類：離心式機(jī)械增壓種類：離心式機(jī)械增壓 基本式機(jī)械增壓基本式機(jī)械增壓 螺旋式增壓器螺旋式增壓器機(jī)械增壓的特點(diǎn)機(jī)械增壓的特點(diǎn)a.動(dòng)力性動(dòng)力性機(jī)械增壓

13、通過傳動(dòng)裝置直接使用了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的動(dòng)力輸機(jī)械增壓通過傳動(dòng)裝置直接使用了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的動(dòng)力輸出帶動(dòng)葉片增壓，不需要發(fā)動(dòng)機(jī)有較高的轉(zhuǎn)速與排氣壓出帶動(dòng)葉片增壓，不需要發(fā)動(dòng)機(jī)有較高的轉(zhuǎn)速與排氣壓力便可以啟動(dòng)力便可以啟動(dòng) 提高進(jìn)氣壓力機(jī)械增壓方式一般的提升動(dòng)力出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)提高進(jìn)氣壓力機(jī)械增壓方式一般的提升動(dòng)力出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)處于中低轉(zhuǎn)速時(shí)，可以較早的開始提升動(dòng)力，并且提機(jī)處于中低轉(zhuǎn)速時(shí)，可以較早的開始提升動(dòng)力，并且提升動(dòng)力的幅度較渦輪增壓器要大升動(dòng)力的幅度較渦輪增壓器要大 由于其使用了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)壓縮葉片，在中高由于其使用了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)壓縮葉片，在中高轉(zhuǎn)速時(shí)，會損耗較多的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出甚至拖累發(fā)

14、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，會損耗較多的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出甚至拖累發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。的動(dòng)力輸出。 b.燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能 機(jī)械增壓器是一種強(qiáng)制性容積置換泵，簡稱容積機(jī)械增壓器是一種強(qiáng)制性容積置換泵，簡稱容積泵。它跟渦輪增壓器一樣，可以泵。它跟渦輪增壓器一樣，可以增加增加進(jìn)氣管內(nèi)的進(jìn)氣管內(nèi)的空氣空氣壓力和密度壓力和密度，往發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壓入更多的空氣，使發(fā)動(dòng)機(jī)，往發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壓入更多的空氣，使發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)循環(huán)可以燃燒更多的燃油，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)循環(huán)可以燃燒更多的燃油，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的升升功率功率和和平均有效壓力平均有效壓力，使汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和，使汽車動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放都得到改善排放都得到

15、改善。3.汽油機(jī)的增壓技術(shù)a.燃油經(jīng)濟(jì)性燃油經(jīng)濟(jì)性 增壓使發(fā)動(dòng)機(jī)指示功率和有效功率都提增壓使發(fā)動(dòng)機(jī)指示功率和有效功率都提高了，也就是提高了機(jī)械高了，也就是提高了機(jī)械 效率，自然可以明效率，自然可以明顯改善負(fù)荷區(qū)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。增壓不僅使功顯改善負(fù)荷區(qū)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。增壓不僅使功率范圍增大，而且高負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍也率范圍增大，而且高負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍也擴(kuò)大了。擴(kuò)大了。b.排放性能 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的過量空氣系數(shù)較大，使高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的過量空氣系數(shù)較大，使高負(fù)荷的煙度、排氣中的負(fù)荷的煙度、排氣中的 C O C O 及及 HC HC 的成的成分減少。有害成分排放量僅為非增壓內(nèi)分減少。有害成分排放量僅為非增壓內(nèi)

16、燃機(jī)的燃機(jī)的 1/3 1/21/3 1/2。如果措施得當(dāng)，。如果措施得當(dāng)，NOx NOx 排出量也會明顯降低。排出量也會明顯降低。 采用中冷技術(shù)對減少有害排放物質(zhì)更有采用中冷技術(shù)對減少有害排放物質(zhì)更有利。增壓發(fā)動(dòng)機(jī)由于滯燃期短，壓力升利。增壓發(fā)動(dòng)機(jī)由于滯燃期短，壓力升高率低，可以使燃燒噪聲降低。由于渦高率低，可以使燃燒噪聲降低。由于渦輪增壓器的設(shè)置，進(jìn)、排氣噪聲也有所輪增壓器的設(shè)置，進(jìn)、排氣噪聲也有所降低，但低負(fù)荷效果不明顯。降低，但低負(fù)荷效果不明顯。c. .動(dòng)力性動(dòng)力性加速性能變差，增壓器自身的慣性，使其對發(fā)動(dòng)機(jī)加速性能變差，增壓器自身的慣性，使其對發(fā)動(dòng)機(jī)突變負(fù)荷的響應(yīng)能力變差，因而其加速性

17、能變差。突變負(fù)荷的響應(yīng)能力變差，因而其加速性能變差。為解決這一問題，可采用下列措施：采用脈沖增壓為解決這一問題，可采用下列措施：采用脈沖增壓；減小進(jìn)、排氣管道容積；采用放氣調(diào)節(jié)或可變噴；減小進(jìn)、排氣管道容積；采用放氣調(diào)節(jié)或可變噴嘴。嘴。發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣在經(jīng)過做功沖程后在排氣沖程被排出氣發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣在經(jīng)過做功沖程后在排氣沖程被排出氣缸，燃料通過燃燒所釋放的總熱量中缸，燃料通過燃燒所釋放的總熱量中25%25%以上被廢以上被廢氣帶走，有而廢氣中的可用能又約占廢氣總能量的氣帶走，有而廢氣中的可用能又約占廢氣總能量的60%60%。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)在利用著部分能量后，可。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)在利用著部分能量后，可提高

18、發(fā)動(dòng)機(jī)功提高發(fā)動(dòng)機(jī)功30%50%30%50%，降低比油耗率，降低比油耗率 5%5%左右，有左右，有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，經(jīng)濟(jì)性能及排放品質(zhì)。利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能，經(jīng)濟(jì)性能及排放品質(zhì)。4.4.總結(jié)總結(jié)a.a.機(jī)械增壓的比較機(jī)械增壓的比較 柴油機(jī)因?yàn)橐揽孔冑|(zhì)調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)扭矩，沒柴油機(jī)因?yàn)橐揽孔冑|(zhì)調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)扭矩，沒有節(jié)氣門，每個(gè)循環(huán)吸入的空氣量相差不大，其質(zhì)有節(jié)氣門，每個(gè)循環(huán)吸入的空氣量相差不大，其質(zhì)量流量的差異主要由轉(zhuǎn)速變動(dòng)造成，所以柴油機(jī)的量流量的差異主要由轉(zhuǎn)速變動(dòng)造成，所以柴油機(jī)的質(zhì)量流量跨度范圍只有質(zhì)量流量跨度范圍只有6.5:16.5:1左右。相比之下，傳統(tǒng)左右。相比之下，傳統(tǒng)的汽

19、油機(jī)（指缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)的汽油機(jī)（指缸內(nèi)直噴式汽油機(jī)GDIGDI以外的汽油機(jī)）以外的汽油機(jī)）依靠變量調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)扭矩，通過節(jié)氣門調(diào)節(jié)空依靠變量調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)扭矩，通過節(jié)氣門調(diào)節(jié)空氣流量，隨著負(fù)荷的變動(dòng)，每個(gè)循環(huán)吸入的空氣量氣流量，隨著負(fù)荷的變動(dòng)，每個(gè)循環(huán)吸入的空氣量相差很大，加上汽油機(jī)轉(zhuǎn)速的變動(dòng)范圍比柴油機(jī)大相差很大，加上汽油機(jī)轉(zhuǎn)速的變動(dòng)范圍比柴油機(jī)大得多，所以汽油機(jī)的質(zhì)量流量跨度范圍可達(dá)得多，所以汽油機(jī)的質(zhì)量流量跨度范圍可達(dá)75:175:1，接近于柴油機(jī)這個(gè)指標(biāo)的接近于柴油機(jī)這個(gè)指標(biāo)的1212倍。這導(dǎo)致渦輪增壓汽倍。這導(dǎo)致渦輪增壓汽油機(jī)的瞬時(shí)工況較差。而汽油機(jī)若采用機(jī)械增壓就油機(jī)的瞬時(shí)工況較差。而汽油機(jī)若采用機(jī)械增壓就沒有這個(gè)問題。沒有這個(gè)問題。b.b.廢氣渦輪增壓技術(shù)的比較廢氣渦輪增壓技術(shù)的比較 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)不同于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，它進(jìn)入氣缸的不汽油發(fā)動(dòng)機(jī)不同于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，它進(jìn)入氣缸的不是空氣，而是汽油與空氣的混合氣，壓力過大容是空氣，而是汽油與空氣的混合氣，壓力過大容易爆燃。因此，安裝渦輪增壓器必須要避免爆燃易爆燃。因此，安裝渦輪增壓器必須要避免爆燃，這里涉及兩個(gè)相關(guān)問題，一個(gè)是高溫控制，另，