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发动机原理论文浅谈废气涡轮增压发动机及使用和设想西安科技大学机械工程学院车辆工程0901班张超龙学号0905030112一，总言一辆汽车的评价指标有很多但是其中很重要也是最主要的两个评价指标是：动力性和燃油经济性。而一辆汽车的动力性和燃油经济性又和它的发动机是密切相关的，也就是说发动机的好坏直接关系到这辆汽车的动力性和燃油经济性从而影响着这辆汽车的使用状况和使用成本。发动机输出的最大动力取决于气缸内的可燃混合气量。而气缸内的可燃混合气量是由进气过程中进入气缸的空气量和对应该进气量而确定的燃料喷射量来决定的。对一定排量的发动机，为了尽可能向气缸内多喷入燃料，以便提高发动机的动力性，需要增加每循环进入气缸的空气量。提高进入气缸内进气量的主要措施，除了提高充气效率的几种措施以外，还有发动机的增压技术。车用发动机的增压技术就是利用某种能量驱动压气机，由此对进气量进行压缩，提高进气压力（密度），由此增加单位体积进气量的一项措施。根据驱动压气机的方式的不同，发动机的增压方式可以分为机械增压、废气涡轮增压和气波增压三种。本文主要谈论采用废气涡轮增压的发动机和采用这种发动机的车辆的使用以及我的一个小改进措施。二，废气涡轮增压的基本原理废气涡轮增压发动机就是采用涡轮增压装置，废气涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。大家可能会觉得涡轮增压装置非常复杂，其实并不复杂，涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上。然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好，你的发动机就好像电脑CPU一样被“超频”了。当发动机转速增快(当加速的时候)，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，这样就可以增加发动机的输出功率了。三，使用废气涡轮增压器的作用涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却比1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。不过在经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大升高，因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制在涡轮增压技术发动机上的应用。 四，废气采用涡轮发动机的几款车型及比较 一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的1.8T，帕萨特1.8T，宝来1.8T等等。应用涡轮增压技术来提升发动机的功率，已经有30多年的历史了，1998年以后，国内的汽车制造厂也开始使用Turbo技术。尤其是南、北大众出的汽车，比如AudiA6/1.8t, Bora1.8T,PasstB5/1.8T逐渐多了起来，而且也比较好卖。加速性能确实很爽。 比较：奥迪A61.8T比1.8功率大，但比2.4起步慢 奥迪A6 1.8T的发动机在其动力输出上就充分体现了废气涡轮增压技术的优势。随着发动机转速的提高，其功率逐渐增大，在5700转/分钟时达到最大值110千瓦。这与未装增压器的1.8升发动机相比，最大功率提高了大约20%。观察其扭矩变化，在低转速时(1750转/分钟以下)发动机具有良好的扭矩特性。在1750转/分钟时，发动机输出最大扭矩210 N.m，并在17505700转/分钟之间一直保持这个最大扭矩，这一点与未装增压器的发动机有所不同。与奥迪A6 1.8相比，安装增压器后，其最大扭矩增加了25%。奥迪A6 2.4的发动机排量比1.8T的要大许多，而其最大功率和最大扭矩却相差不多。但是从曲线图中不难看出，在低转速时，1.8T的扭矩和功率要比2.4的小。这是因为涡轮增压在中、高转速时作用更明显。因此表现为，奥迪A6 1.8T的起步就要比2.4略慢，若匹配自动变速器，这点更为明显。不过，当发动机转速较大时，涡轮增压凭借其宽广的“扭矩高原”，优势便会突出。但仅以发动机来论，1.8T满足车辆一般性需要，已是绰绰有余了。五，废气涡轮增压发动机的缺点1，提速问题 诚然，涡轮增压的确能够提升发动机的动力，不过它的缺点也有不少，其中最明显的就是动力输出反应滞后。我们看看前面有关涡轮增压的工作原理就知道了，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，也就是说从你大脚踩油门加大马力，到叶轮转动将更多空气压进发动机获得更大动力之间存在一个时间差，而且这个时间还不短。一般经过改良的涡轮增压也要至少2秒左右来增加或者减少发动机动力输出。如果你要突然加速的话，瞬间会有提不上速度的感觉。 2.加速问题随着技术的进步，虽然各个使用涡轮增压的厂家都在对涡轮增压技术进行改进，但是由于设计原理问题，因此安装了涡轮增压器的汽车驾驶起来的感觉是和大排量的汽车有一定诧异的。譬如说我们买了1.8T的涡轮增压汽车，在实际的行驶之中，加速肯定不如2.4L的，但是只要度过了那段等待期，1.8T的动力同样会窜上来，因此如果你追求驾驶的感觉的话，涡轮增压引擎并不适合你，如果你是跑高速之类的，涡轮增压才显得特别有用。3.启动机会少如果你的爱车经常在城市内行驶，那么就真的有必要考虑一下是否需要涡轮增压了，因为涡轮并不是随时都在启动的，事实上在日常行车中，涡轮增压的启动机会很少，甚至不使用，这就给涡轮增压发动机的日常表现带来影响。就拿斯巴鲁（富士）翼豹的涡轮增压来说，它的启动是在3500转左右，最明显的动力输出点则是在4000转左右，这时候会有二次加速的感觉，并一直持续到6000转甚至更高。一般市内驾驶我们的换档实际都只是在20003000之间，5挡能够上到3500转估计速度都破120了，也就是说除非你故意停留在低档位，否则不超过120公里的时速涡轮增压根本无法启动。没有涡轮增压的启动，你的1.8T其实也就只不过是一部1.8动力的车而已，2.4的动力只能是你的心理作用了。此外涡轮增压还有维护保养方面的问题，就拿宝来的1.8T来说，6万公里左右就要更换涡轮了，虽然次数不算多，毕竟给自己的车无形之中又增加了一笔维护保养费，这个对经济环境还不是特别好的车主来说特别值得注意。六，采用废气涡轮增压发动机车辆的使用1、汽车发动机启动之后，不能急踩加速踏板，应先怠速运转三分钟，这是为了使机油温度升高，流动性能变好，从而使涡轮增压器得到充分润滑，然后才能提高发动机转速，起步行驶，这点在冬天显得尤为重要，至少需要热车5分钟以上。 2、发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。原因是发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的，正在运行的发动机突然停机后，机油压力迅速下降为零，机油润滑会中断，涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走，这时增压器涡轮部分的高温会传到中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转。这样就会造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴。此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。因此发动机熄火前应怠速运转三分钟作用，使涡轮增压器转子转速下降。此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内。 3、选择机油的时候一定要注意。由于涡轮增压器的作用，使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高，发动机结构更紧凑、更合理，较高的压缩比，使发动机的工作强度更高。机械加工精度也更高，装配技术要求更严格。所有这些都决定了涡轮增压发动机的高温、高转速、大功率、大扭矩、低排放的工作特点。同时也就决定了发动机的内部零部件要承受较高的温度及更大的撞击、挤压和剪切力的工作条件。所以在选用涡轮增压轿车车用机油时，就要考虑到它的特殊性，所使用的机油必须抗磨性好，耐高温，建立润滑油膜块，油膜强度高和稳定性好。而合成机油或半合成机油恰好可以满足这一要求，所以机油除了最好使用原厂规定机油外还可以选用合成机油、半合成机油等高品质润滑油。 4、发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小，如果机油润滑能力下降，就会造成涡轮增压器的过早报废。 5、需要按时清洁空气滤清器，防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮，造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。 6、需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。因为如果密封环没有密封住，那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。 7、涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动，润滑油管和接头有没有渗漏。 8、涡轮增压器转子轴承精密度很高，维修及安装时的工作环境要求很严格，因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修，而不是到普通的修理店。七，增压的改进及我的设想 1，大众集团最早推出的TSI发动机，以双增压为其最主要的特点，机械+涡轮+分层直喷=TSI。TSI是twinscharger（双增压）和Fuel Stratified Injection（燃油分层直喷）三个关键特色的首字母缩写。这是一款双增压的燃油分层直喷发动机。TSI燃油直喷技术是当今汽车工业发动机技术中最为成熟