陳家瑞第五版《汽車構(gòu)造》第9章汽車發(fā)動(dòng)機(jī)增壓

第八章發(fā)動(dòng)機(jī)

潤(rùn)滑系統(tǒng)wt55pub@寶來1.8T、帕薩特1.8T、奧迪A61.8T中的T代表什么意思？它有什么意義？發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)是強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)的最有效的手段，當(dāng)前西方發(fā)達(dá)國(guó)家的車用柴油機(jī)基本上都采用了增壓的技術(shù)，汽油機(jī)增壓的應(yīng)用日漸廣泛。

據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2002年在歐洲銷售的輕型汽車（轎車和輕型商用車）中有42%安裝了渦輪增壓器，這一比例是全世界最高的。從1998年至2000年，歐洲的渦輪增壓器銷售量從400萬套上升到600萬套，而到2002年則達(dá)到800萬套。這樣大幅度的增長(zhǎng)主要是因?yàn)槠湓谳p型汽車上的廣泛使用。當(dāng)然，其中也包括豪華轎車。主要內(nèi)容概述機(jī)械增壓渦輪增壓氣波增壓概述增壓：就是將空氣預(yù)先壓縮然后再供入氣缸，以期提高空氣密度、增加進(jìn)氣量的一項(xiàng)技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率－良好的加速性能改善燃油經(jīng)濟(jì)性渦輪增壓的最大優(yōu)點(diǎn)是它可在不增加發(fā)動(dòng)機(jī)排量的基礎(chǔ)上，大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器相比，可增加大約40%甚至更多。分類機(jī)械增壓－機(jī)械增壓器SuperCharge渦輪增壓－渦輪增壓器TurboCharge氣波增壓－氣波增壓器機(jī)械增壓器機(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)動(dòng)。機(jī)械增壓器優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械增壓能有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。機(jī)械增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)容易匹配，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。缺點(diǎn)：由于驅(qū)動(dòng)增壓器需消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率，因此燃油消耗率比非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)略高。渦輪增壓器組成：渦輪機(jī)和壓氣機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：在不加大發(fā)動(dòng)機(jī)排量就能較大幅度地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭力；經(jīng)濟(jì)性比機(jī)械增壓和非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)都好；可大幅度地降低有害氣體的排放和噪聲水平。缺點(diǎn)：低速時(shí)轉(zhuǎn)矩增加不多在發(fā)動(dòng)機(jī)工況發(fā)生變化時(shí)，瞬態(tài)響應(yīng)差，致使汽車加速性，特別是低速加速性較差。氣波增壓器有一個(gè)特殊形狀的轉(zhuǎn)子，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)。在轉(zhuǎn)子中發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣直接與空氣接觸，利用排氣壓力波使空氣受到壓縮，以提高進(jìn)氣壓力。氣波增壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，工作溫度不高，不需要耐熱材料，也無需冷卻。與渦輪增壓相比，其低速轉(zhuǎn)矩特性好，但是體積大，噪聲高，安裝位置受到一定的限制。目前，這種增壓器還只能在低速范圍內(nèi)使用。由于柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速比較低，因此多用于柴油機(jī)上。汽油機(jī)增壓技術(shù)（1）汽油機(jī)增壓比柴油機(jī)增壓困難的原因汽油機(jī)增壓后爆燃傾向增加由于汽油機(jī)混合氣的過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，因此增壓之后汽油機(jī)和渦輪增壓器的熱負(fù)荷大車用汽油機(jī)工況變化頻繁，轉(zhuǎn)速和功率范圍寬廣，致使渦輪增壓器與汽油機(jī)的匹配相當(dāng)困難渦輪增壓汽油機(jī)的加速性較差柴油機(jī)與汽油機(jī)工作時(shí)各行程狀態(tài)參數(shù)比較柴油機(jī)汽油機(jī)狀態(tài)行程溫度(K)壓力(MPa)溫度(K)壓力(MPa)進(jìn)氣行程310~3400.085~0.095320~3800.08~0.09壓縮行程750~10003~5600~7500.8~1.5作功行程1800~2200(瞬時(shí)最高)1000~1200(作功終了)6~9(瞬時(shí)最高)0.2~0.5(作功終了)2200~2800(瞬時(shí)最高)1200~1500(作功終了)3~6.5(瞬時(shí)最高)0.35~0.5(作功終了)排氣行程700~9000.105~0.12900~11000.105~0.12汽油機(jī)增壓技術(shù)（2）汽油機(jī)增壓的改進(jìn)措施在電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)行汽油機(jī)增壓，成功地?cái)[脫了化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪增壓器匹配的困難。應(yīng)用點(diǎn)火提前角自適應(yīng)控制，來克服由于增壓而增加的爆燃傾向。對(duì)增壓后的空氣進(jìn)行中間冷卻（減輕爆燃）。采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置。二、機(jī)械增壓系統(tǒng)機(jī)械增壓器6為羅茨式壓氣機(jī)，由曲軸帶輪12經(jīng)傳動(dòng)帶和電磁離合器帶輪11驅(qū)動(dòng)增壓器6工作。空氣經(jīng)增壓器增壓后再經(jīng)中冷器7降溫，然后進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不需要增壓，這時(shí)電控單元(ECU)17根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器3的信號(hào)，使電磁離合器斷電，增壓器停止工作。與此同時(shí)，電控單元向進(jìn)氣旁通閥5通電使其開啟，空氣經(jīng)旁通閥及旁通管道進(jìn)入氣缸。爆燃傳感器9安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，它將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆燃的信號(hào)傳輸給電控單元，電控單元?jiǎng)t發(fā)出相應(yīng)的指令減小點(diǎn)火提前角，以消除爆燃。壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子羅茨式壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩葉的，也有三葉的。通常兩葉轉(zhuǎn)子為直線型，而三葉轉(zhuǎn)子為螺旋型。三葉螺旋型轉(zhuǎn)子有較低的工作噪聲和較好的增壓器特性。大眾TSI發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的機(jī)械增壓器羅茨式壓氣機(jī)的工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣從壓氣機(jī)入口吸入，在轉(zhuǎn)子葉片的推動(dòng)下空氣被加速，然后從壓氣機(jī)出口壓出。出口與進(jìn)口的壓力比可達(dá)1.8。羅茨式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)，供氣量與轉(zhuǎn)速成正比。電磁離合器電磁離合器安裝在傳動(dòng)帶輪中。電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的需要，發(fā)出接通或切斷電磁離合器電源的指令，以控制增壓器的工作。當(dāng)接通電源時(shí)，電磁線圈通電，主動(dòng)板吸引從動(dòng)摩擦片，使離合器處于接合狀態(tài)，增壓器工作。當(dāng)切斷電源時(shí)，電磁線圈斷電，主動(dòng)板與從動(dòng)摩擦片分開，增壓器停止轉(zhuǎn)動(dòng)三、渦輪增壓系統(tǒng)單渦輪增壓系統(tǒng)——只有一個(gè)渦輪增壓器雙渦輪增壓系統(tǒng)——單渦輪增壓雙渦輪增壓渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理離心式壓氣機(jī)徑流式渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子渦輪機(jī)葉輪、壓氣機(jī)葉輪和密封套等零件安裝在增壓器軸上，構(gòu)成渦輪增壓器轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子以超過100000r/min，最高可達(dá)200000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，因此，轉(zhuǎn)子的平衡是非常重要的。增壓器軸在工作中承受彎曲和扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力，一般用韌性好、強(qiáng)度高的合金鋼40Cr或18CrNiWA制造。增壓器軸承增壓壓力的調(diào)節(jié)電控排氣旁通閥的增壓系統(tǒng)變截面渦輪增壓器VGT對(duì)于無葉徑流式渦輪機(jī)，可以在噴管出口處安裝軸向移動(dòng)的擋板來調(diào)節(jié)無葉噴管出口截面積。渦輪增壓器的潤(rùn)滑及冷卻真正讓廢氣渦輪增壓技術(shù)名聲大噪的首推1974年的保時(shí)捷911Turbo。當(dāng)年，裝備2.1L廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的911CarreraRSRTurbo2.1憑借強(qiáng)大的馬力以及出色的操控性能，橫掃勒芒24小時(shí)耐力賽。而第一代普通版本的保時(shí)捷911Turbo則采用3.0L廢氣渦輪增壓水平對(duì)置風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，最大輸出功率可以達(dá)到260匹。此后相繼推出的數(shù)代保時(shí)捷911Turbo也都成為世人追捧的傳世之作。也許以后人們?cè)谠u(píng)論保時(shí)捷對(duì)于汽車工業(yè)的貢獻(xiàn)時(shí)會(huì)毫不猶豫地提到“甲蟲”式的流線車身、風(fēng)冷水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)、出色的操控性能，還有就是大名鼎鼎的Turbo.廢氣渦輪增壓典型薩博9-32.0T薩博是世界上較早使用廢氣渦輪增壓(Turbo)發(fā)動(dòng)機(jī)的廠商之一。作為一部強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)風(fēng)格的豪華轎車，薩博9-32.0T這款直列四缸廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，在2500轉(zhuǎn)時(shí)便可達(dá)到265N·m的最大扭矩。這種低轉(zhuǎn)速下的良好加速性，對(duì)于日常行駛非常實(shí)用。據(jù)專業(yè)雜志試駕人員介紹，廢氣渦輪增壓雖然有低速乏力和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)突兀的不足，但薩博9-32.0T的加速遲滯感已降低得很小，開起來與一部發(fā)動(dòng)機(jī)自然吸氣的汽車區(qū)別不大。廢氣渦輪增壓典型VOLVOS802.5T該發(fā)動(dòng)機(jī)具有設(shè)計(jì)先進(jìn)、耐力超強(qiáng)、運(yùn)行靈活、燃油效率高和反應(yīng)快速等卓越性能。發(fā)動(dòng)機(jī)形式為橫置五缸渦輪增壓，排氣量為2.5升，最大功率210hp(相當(dāng)于154kw)/5000rpm，最大扭矩320N·m/1500-4500rpm，從輸出數(shù)據(jù)看，較為注重高轉(zhuǎn)速輸出。渦輪增加所產(chǎn)生的附加動(dòng)力等于使原來2.5升的發(fā)動(dòng)機(jī)提升到相當(dāng)于3.0升以上。新款S802.5T怠速時(shí)相當(dāng)平順，震動(dòng)也相當(dāng)輕微。發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和排氣部位都安裝了CVVT連續(xù)可變氣門正時(shí)裝置，從而確?？蓪?duì)節(jié)氣門的變化做出迅速反應(yīng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀態(tài)保持最佳，即使在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)也可提供豐沛的驅(qū)動(dòng)力。VOLVOS802.9T6S80是世界上第一輛配有橫置六缸引擎的轎車，新款S80T60采用橫置六缸24氣門雙渦輪增壓2.9L全鋁發(fā)動(dòng)機(jī)，配備世界上體積最小的手自排一體電控變速箱，272匹馬力(相當(dāng)于200kw)。在7.2秒內(nèi)將這輛寬大豪華的轎車強(qiáng)力加速到100公里/小時(shí)，即使跑到250公里/小時(shí)的極速，電腦感應(yīng)牽引力控制系統(tǒng)和制動(dòng)分配系統(tǒng)也使你不必?fù)?dān)心車輛穩(wěn)定性的控制和動(dòng)力的發(fā)揮。從1800轉(zhuǎn)至5000轉(zhuǎn)均有380N·m的最大扭力輸出，在你還沒有感受到波箱換擋沖擊的情況下，你已經(jīng)輕松超過所有的人。復(fù)合式增壓器復(fù)合式增壓器是把機(jī)械增壓器與廢氣渦輪增壓器聯(lián)合起來工作的增壓裝置。應(yīng)用：主要用于某些二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)上，借以保證發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和低速負(fù)荷時(shí)有必要的掃氣壓力。復(fù)合式增壓器還適合于排氣背壓較高的場(chǎng)合（如水下）。但它的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，體積過大，多用于固定式機(jī)器，并不適合小型乘用車輛。大眾GOLFGT1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)（搜集相關(guān)資料）大眾TSI發(fā)動(dòng)機(jī)解析TSI發(fā)動(dòng)機(jī)是在FSI技術(shù)的基礎(chǔ)之上，安裝了一個(gè)渦輪增壓器和一個(gè)機(jī)械增壓器，提升動(dòng)力輸出，降低油耗。大眾1.4升TSI發(fā)動(dòng)機(jī)是全球第一臺(tái)擁有兩個(gè)增壓裝置的汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，TSI更安靜，持續(xù)的動(dòng)力輸出范圍更廣，同時(shí)油耗上也相差不多。最大功率：168匹馬力/6000轉(zhuǎn)最大扭矩：240牛米/1750-4500轉(zhuǎn)1.4升TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的功效可以與一臺(tái)普通2.3升發(fā)動(dòng)機(jī)相比美，但是燃油消耗能夠降低近20%。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很寬的一個(gè)范圍內(nèi)，都能夠保證高扭矩輸出，所以駕駛更輕松，有效減少換擋次數(shù)。大眾高爾夫GT上裝配的1.4LTSI發(fā)動(dòng)機(jī)習(xí)題P265習(xí)題1-4。增壓器生產(chǎn)企業(yè)霍爾塞特公司holset霍爾塞特是世界上最大的中型和重型渦輪增壓器制造商，是美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司的全資子公司。無錫霍爾塞特在中重噸位發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)的占有率已升至50%左右霍尼韋爾公司Honeywell世界500強(qiáng)之一,霍尼韋爾渦輪增壓技術(shù)公司是全球最大的客車和商用車發(fā)動(dòng)機(jī)增壓系統(tǒng)的制造商之一。上海全球渦輪增壓器技術(shù)中心Garrett發(fā)動(dòng)機(jī)增壓系統(tǒng)霍尼韋爾在中國(guó)重型車市場(chǎng)已經(jīng)達(dá)到45%的占有率，在輕型車市場(chǎng)上也有很大的市場(chǎng)份額。HONEYWELL國(guó)際公司據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)輕型發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓系統(tǒng)市場(chǎng)，也主要是由國(guó)外幾個(gè)品牌占據(jù)。目前“兩霍”的市場(chǎng)占有率，加在一起約在80%左右。博格華納公司增壓系統(tǒng)(BorgWarner)兩大品牌KKK和Schwetzer收入麾下，而且分處德國(guó)和美國(guó)兩個(gè)國(guó)家BORA1.8T、A41.8T所使用的K03渦輪，大眾和奧迪集團(tuán)車系伊頓公司（Eaton）重工集團(tuán)（Ishikawajima-Harima）三菱重工豐田愛信Toyota(亞洲)日本TochigiFujiSangyoKK31花絮在賽場(chǎng)上，1974年，保時(shí)捷憑借其KKK增壓型2.1升發(fā)動(dòng)機(jī)一舉奪得勒芒24小時(shí)耐力賽第二名，從而首次使渦輪增壓車闖入該賽事的前十名。此后，保時(shí)捷的渦輪增壓車?yán)^續(xù)稱雄于勒芒，在1976至1987的12年間，竟然10次奪冠。KKK渦輪增壓器——德國(guó)名車保時(shí)捷911Turbo

歷代車型成為永久不變的傳奇經(jīng)典。

VGT(Variablegeometryturbochargers)

即可變幾何尺寸渦輪，通過改變渦輪進(jìn)氣端的葉片幾何形狀達(dá)到改變A/R值的一種渦輪增壓技術(shù)。這樣的技術(shù)最先是應(yīng)用在柴油引擎上，而應(yīng)用在轉(zhuǎn)速更高的汽油引擎上并不多見。最先使用這一技術(shù)的是克萊斯勒1989款ShelbyCSX-VNT。它使用了一顆來自Garett的VNT-25可變噴嘴渦輪，2.2L的直列4缸引擎可以發(fā)出175ps功率，最大扭矩達(dá)到278N?m，以當(dāng)時(shí)的眼光看來已經(jīng)屬于辛辣車種。不過它只生產(chǎn)了僅僅兩臺(tái)原型車和498臺(tái)商品車。2006年，代號(hào)997的新一代Porsche911Turbo面世。480ps/3.6L,水平對(duì)置6缸增壓引擎讓最高車速達(dá)到311km/h。扭矩更是達(dá)到狂暴的620N?m（通過選裝SportChronoPackage運(yùn)動(dòng)包可以達(dá)到680N?m！輪胎要倒霉了！）。這樣的扭矩能干掉扭矩“僅有”465N?m的老冤家—法拉利F430。如此狂暴的低扭，如此放肆的高轉(zhuǎn)輸出，都由一顆善變的渦輪撐腰。它就是來自BorgWarner（博格華納）的VTG（VariableTurbineGeometry）渦輪。這是VGT增壓技術(shù)第一次在大量生產(chǎn)的汽油車型上亮相渦輪廢氣入口端的葉片加上了可變裝置，就是在渦輪葉片周圍加上了一圈能調(diào)整角度的導(dǎo)流葉片。引擎低轉(zhuǎn)時(shí)，葉片與氣流的角度較大，能充分利用廢氣的能量，讓廢氣盡快推動(dòng)壓氣機(jī)渦輪高速旋轉(zhuǎn)起來；在大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速的情況下，葉片的角度變小，加快廢氣流動(dòng)的速度，防止發(fā)生過增壓的情況。這套系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制，滿足引擎不同轉(zhuǎn)速下的增壓需要，使其兼?zhèn)湫u輪的低延遲和大渦輪高效率的特性。BMW雙渦輪柴油發(fā)動(dòng)機(jī)2.0L四缸雙渦輪柴油發(fā)動(dòng)機(jī)最高馬力204匹400牛?米配置的Piezo高壓噴嘴可在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)三圈后壓力值達(dá)到2000bar時(shí)把燃油從中噴出世界上全鋁柴油機(jī)中，第一款升功率輸出超過100ps的twin-turbodiesel

寶馬聲稱，最強(qiáng)的F1引擎馬力記錄是1986年由渦輪增壓四缸引擎產(chǎn)生的將近1100匹馬力。BugattiVeyronW16汽缸配置、8.0升排氣量、四渦輪增壓系統(tǒng)，壓榨出1,001匹的最大馬力（736kW）BMWM12/131.5LTURBO一臺(tái)簡(jiǎn)單的四缸機(jī)加一部KKK渦輪增壓器，就可以發(fā)出821KW功率，而2003年BMW用科技武裝到牙齒3升V10也遠(yuǎn)不能達(dá)到這個(gè)數(shù)字，這就是TURBO的威力，最低的成本獲取幾乎沒有上限的動(dòng)力，而所需要做的就是加強(qiáng)氣缸和提高增壓值，但允許TURBO的后果就是技術(shù)停滯和過大動(dòng)力的潛在危險(xiǎn)性。F1