發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理-增壓器

1、發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理-增壓器一.增壓器工作原理 發(fā)動(dòng)機(jī)是靠燃料在汽缸內(nèi)燃燒作功來(lái)產(chǎn)生功率的。對(duì)于動(dòng)力性能一定的發(fā)動(dòng)機(jī)，要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一般只能通過噴入更多的燃料。但是燃料燃燒過程又必需有相應(yīng)的空氣量。所以發(fā)動(dòng)機(jī)功率的提高受到進(jìn)氣量的直接影響。 增壓器就是裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的專用增壓裝置，其工作原理是通過增壓裝置壓縮進(jìn)入氣缸的空氣，以提高進(jìn)入氣缸中的充氣密度，增加進(jìn)氣量，這樣就可以噴入較多的燃料進(jìn)行燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)就能發(fā)出更大的功率。 在目前的技術(shù)條件下，增壓器是惟一能使發(fā)動(dòng)機(jī)在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機(jī)械裝置。 優(yōu)勢(shì)與代價(jià)使發(fā)動(dòng)機(jī)在總質(zhì)量和體積基本不變的條件下，輸出功率得到大幅度的提高?？梢越档蛦?/p>

2、位功率的造價(jià)，提高材料利用率。排氣可以在渦輪中進(jìn)一步膨脹，排氣噪聲降低。有利于高原功率恢復(fù)。增壓后，缸溫和壓力提高，可使滯燃期短，有利于降低壓力升高率和燃燒噪聲。一般采用較大的過量空氣系數(shù)，HC、CO和PM降低。技術(shù)適用性廣，高低速的二、四沖程各缸徑均可增壓強(qiáng)化。機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷大，影響可靠性和耐久性。低速排氣能量不足，可能會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)矩受影響。加速響應(yīng)性差。進(jìn)一步強(qiáng)化受中冷器影響。發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器按其增壓方式可分為以下四類:機(jī)械增壓渦輪增壓氣波增壓復(fù)合增壓，同時(shí)采用上述兩種形式的增壓 機(jī)械增壓是利用發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓裝置，這樣會(huì)使整機(jī)的機(jī)械效率下降。在增壓器發(fā)展史的早期曾較多采用機(jī)

3、械增壓。 氣波增壓等由于受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和工況影響非常大，一般不能保證所有工況下增壓效果都較好，所以現(xiàn)在使用的也較少。 復(fù)合增壓由于結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在一般發(fā)動(dòng)機(jī)也很少采用。 二. 增壓器的分類 渦輪增壓利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量驅(qū)動(dòng)渦輪，再由渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)在于: 正是由于其突出的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用渦輪增壓。 發(fā)動(dòng)機(jī)重量和體積增加很少情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)不需作重大改變很容易提高功率20%50%。由于不象機(jī)械增壓時(shí)壓比受到限制，故近來(lái)高增壓的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。高增壓時(shí)功率提高甚至可大于100%。由于廢氣能量的收回發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性會(huì)明顯的提高一般由于廢氣能量的回收能提高經(jīng)濟(jì)性3%一4%，再加上相對(duì)地減少了

4、機(jī)械損失及散熱損失，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率和熱效率，使發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓后油耗率降低5%一10%。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)海拔高度的變化有較高的適應(yīng)力，在高原地區(qū)工作時(shí)比不增壓發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降要少的多，故渦輪增壓除了用來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，外還可用作高原發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)功率。渦輪增壓后排氣噪聲相對(duì)減少，排氣煙度及排氣中 有害成分也減少，故對(duì)減少污染是有利的。 柴油機(jī)渦輪增壓技術(shù)在20世紀(jì)中葉就開始大規(guī)模應(yīng)用了，而車用汽油機(jī)采用渦輪增壓技術(shù)將面臨一些障礙，主要是：1、汽油機(jī)增壓易發(fā)生爆燃；2、汽油機(jī)增壓熱負(fù)荷大；3、汽油機(jī)與增壓器匹配困難。 隨著汽油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展，汽油機(jī)增壓后易爆燃的問題通過對(duì)點(diǎn)火正時(shí)的控制得到了

5、解決；同時(shí)對(duì)汽油機(jī)和增壓系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化之后，汽油機(jī)增壓熱負(fù)荷大的問題也得到了緩解；采用燃油噴射技術(shù)后匹配困難的問題也得到了解決。所以現(xiàn)在很多汽油機(jī)也開始采用渦輪增壓技術(shù)，如奧迪A6的，帕薩特，寶來(lái)等等 。三、發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓技術(shù)1、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)（動(dòng)畫演示：廢氣渦輪增壓.flv）2、渦輪增壓器系統(tǒng)工作原理圖3、渦輪增壓器的選配 增壓器的選配可以按以下計(jì)算過程來(lái)進(jìn)行（一般以扭矩點(diǎn)來(lái)選配）： 至此可以得到符合增壓要求的增壓器的壓比，可以此為依據(jù)去選擇最為合適的增壓器 。內(nèi)燃機(jī)的增壓改造壓縮比與過量空氣系數(shù) 降低壓縮比；加大過量空氣系數(shù)。供油系統(tǒng) 增加供油量；減小噴油提前角（T增）。配氣相位 加大氣門

6、重疊角。進(jìn)排氣系統(tǒng) 增大進(jìn)氣管容積，減少進(jìn)氣壓力波動(dòng)。增壓空氣的冷卻 提高密度。4、汽油機(jī)增壓技術(shù)與柴油機(jī)增壓技術(shù)的異同（1）爆燃問題 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，壓力過大容易出現(xiàn)爆燃。因此，使用渦輪增壓技術(shù)必須要處理好爆燃問題，這個(gè)問題最好的解決辦法就是加裝爆燃傳感器和對(duì)點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行控制。一旦爆燃傳感器將爆燃信號(hào)傳送到ECU（電子控制單元）控制系統(tǒng)，ECU將點(diǎn)火定時(shí)稍推遲一點(diǎn)；當(dāng)不產(chǎn)生爆燃的時(shí)候再恢復(fù)正常點(diǎn)火定時(shí)。（2）排氣溫度過高 汽油機(jī)比柴油機(jī)相比，由于空燃比較小，壓縮比和膨脹比小，從而導(dǎo)致排氣溫度過高，如柴油機(jī)排氣溫度一般為300700，而

7、汽油機(jī)排氣溫度為600 1000 。渦輪長(zhǎng)期受到排氣的熱負(fù)荷，這對(duì)其壽命有很大的影響。所以在汽油機(jī)上安裝的渦輪增壓器的渦輪都需要有較好的耐高溫性能，如博格華納公司就開發(fā)耐1050 高溫的鑄剛渦輪，目前已經(jīng)在奔馳S600和沃爾沃S60等汽車上使用。（4）增壓效率較低 目前汽油機(jī)普遍采用帶放氣閥式渦輪增壓器，通過放氣閥的開閉，得到不同轉(zhuǎn)速下所需的增壓度，這樣導(dǎo)致部分廢氣能量未能得到利用，所以效率較低。而柴油機(jī) 已經(jīng)采用可變渦輪截面（VGT）增壓器，其通過渦輪截面的調(diào)節(jié)來(lái)滿足不同工況的需要，這樣沒有廢氣的浪費(fèi)，效率較高。目前，之所以在汽油機(jī)上未采用VGT式增壓器的原因還是在于汽油機(jī)排氣溫度過高，開發(fā)

8、出耐高溫的VGT還較困難。目前，博格華納公司聯(lián)手保時(shí)捷公司成功研發(fā)出了用于保時(shí)捷911Turbo車用的VGT增壓器。（3）工況變化頻繁 由于汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速比柴油機(jī)高，空氣流速快而且變化范圍大，汽油機(jī)運(yùn)行的工況變化較為頻繁，這也對(duì)渦輪增壓器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)有了更高的要求。為解決這類問題，博格華納公司正在開發(fā)一種所謂的薄壁渦輪殼，這種設(shè)計(jì)將顯著降低渦輪殼的重量，從而能夠提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。另外該設(shè)計(jì)也能夠降低渦輪殼的熱負(fù)荷，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí), 可以更快地激活催化轉(zhuǎn)換器, 從而極大地減少有害氣體的排放。機(jī)械增壓歷史久。低速轉(zhuǎn)矩和加速響應(yīng)好。但噪聲和壽命存在問題。 制造工藝水平和材料科學(xué)進(jìn)步。 小排量采用渦輪增壓難

9、度大。 對(duì)后處理系統(tǒng)無(wú)影響。第五節(jié)二沖程內(nèi)燃機(jī)的換氣一、二沖程汽油機(jī)工作原理1-進(jìn)氣孔 2-排氣孔 3-掃氣孔A圖、活塞向上運(yùn)動(dòng)，將三排孔都關(guān)閉，活塞上部開始?jí)嚎s B圖、當(dāng)活塞繼續(xù)上行時(shí)，活塞下方打開了進(jìn)氣孔，可燃混合氣進(jìn)入曲軸箱C圖、接近上止點(diǎn)時(shí)，火花塞點(diǎn)燃混合氣，氣體燃燒膨脹，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣孔關(guān)閉，曲軸箱內(nèi)的混合氣受到壓縮D圖、當(dāng)活塞接近下止點(diǎn)時(shí)，排氣孔打開，排出廢氣，活塞再向下運(yùn)動(dòng)，換氣孔打開，受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經(jīng)進(jìn)氣孔流入氣缸內(nèi)，并掃除廢氣 換氣過程自由排氣階段（70-80）掃氣階段過后排氣或過后充氣階段四沖程與二沖程比較特點(diǎn)：1. 完成一個(gè)工作循環(huán)，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)只需轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，而四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)需要轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的作功次數(shù)較四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)多一倍。 由于沒有氣門或只有排氣門，使配氣機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。由于二沖程汽油機(jī)有換氣損失，故經(jīng)濟(jì)性差，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，輕便摩托車和微型汽車的小排量發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用。二沖程柴油機(jī)由于換氣時(shí)進(jìn)入氣缸的是純空氣，沒有燃料損失，為某些汽車所采用。