浅谈汽车发动机增压技术

1、 城市车辆 零部件汽车发动机是一种集机、 电、 热于一体的精密热能动力机械,由于其具有热效率高、功率与转速范围广、体积小、质量轻、便于移动的优点, 因而发展迅速、 应用广泛, 业已成为现代人类社会应用最广泛、最重要的动力装置,在各行各业中起着不可替代的重要作用。但是,内燃机并不是完美无缺的,在其噪音、排放、振动诸方面还有许多需要解决的问题。为了尽可能长久地利用地球上的石油资源,保护环境,内燃机必须朝着轻巧精致、高性能、高效率、高寿命、低油耗、 低噪声、 低排放、 低振动、 易启动的方向发展,才能在未来的市场中占据优势,才能在保护环境这一目前人类所面临的巨大挑战中起重大作用。内燃机增压技术的发展

2、为人类获得高性能内燃机提供了一条比较理想的解决途径。1发动机增压的概念对结构一定的发动机,增加进气压力和降低进气速度,提高进入气缸新鲜气体的密度即可提高功率。柴油机一般采用增压器将空气增压后送入气缸, 功率可提高30%50%, 油耗下降3%10%。 这种以增加进气压力提高功率的方法,称为发动机增压。发动机增压是将进入气缸内的空气利用一种装置预先进行压缩,以提高其密度,并在燃料供给系统的良好配合下,使更多的燃料及时获得充分燃烧,从而提高平均有效压力和功率,同时还可以提高柴油机的经济性,改善排放功能。由于增压技术日益成熟,使得过去只用于柴油发动机的废气涡轮增压器在最近被各国成功地移植到汽油发动机上

3、。汽油机增压所用的涡轮增压器与柴油机所用的涡轮增压器没有原则上的区别,要求工作可靠性好、 流量范围宽、 转速高、 尺寸小、重量轻以及效率高等。我国一汽大众汽车有限公司1998年新产品一汽奥迪2001.8T轿车的汽油发动机上已采用了废气涡轮增压器。2增压的方式按压缩空气时所用驱动能源和压缩器结构的不同,增压器可分为机械增压和废气涡轮增压、废气涡旋增压、 气波增压、 复合增压 5种。2.1机械增压早期柴油机多采用机械增压,即由柴油机通过机械传动直接驱动 增压器对空气进行压缩。由于这种 增压方式要消耗发动机输出功率, 令柴油机经济性下降,还使柴油机 结构复杂, 体积增大, 功率消耗大, 机械噪声也较

4、大,故这种增压方式 近来已基本被淘汰,代之以废气涡 轮来驱动增压器。2.2废气涡轮增压这种驱动方式由于利用了废气 的部分能量,既可提高功率,又能 改由柴油机排出的废气推动涡轮旋 转,以带动压气机。采用这种增压 驱动方式具有良好的经济性,且结 构比较简单、紧凑。故目前车用发 动机多采用废气涡轮增压方式实现 增压。2.3废气涡旋增压此增压方式只是近些年才被开 发应用,与废气涡轮增压方式的主 要区别就在于所采用的增压器不同, 废气涡旋增压采用的是一种新型的 容积式增压器废气涡旋增压器, 具有泄漏少、可靠性好、零件数量 少等显著优点。但与涡轮增压相比 可供使用的容积式增压器现阶段一 般都难以摆脱效率低

5、、噪声大、制 造成本高等明显的缺点,大规模商 业化应用尚待时日。2.4气波增压是根据压力波的气动原理利用 内燃机排气能量来压缩空气的,对 空气进行压缩所需要的能量由内燃 机的排气供给,空气压缩过程和排 气过程在转子叶道内以压缩波和膨 胀波的形式完成。此种增压方式很 少在汽车上应用。浅谈汽车发动机增压技术许建辉徐长荣内容提要:为更好地解决资源和环境的问题, 汽车发动机必须向轻质高效、 高寿命、 低油耗、 低噪声、 低排放、 低振动、 易启动的方向发展, 而增压技术是解决这一问题的理想途径, 本文综述了发动机增压技术的概念, 讲述了增压方式及增压器的作用。关键词:发动机进气增压图1废气涡轮增压器工

6、作原理1. 排气管2. 喷嘴环3. 涡轮4. 涡轮壳5. 转子轴6. 轴承7. 扩压器8. 压气机叶轮9. 压气机壳10. 进气管 城市车辆零部件2.5复合增压分为由机械增压与涡轮增压组成的复合增压和由涡轮增压与谐振系统组成的复合增压2种。 这种增压方式很少在汽车上应用。3 废气涡轮增压器的工作过程废气涡轮增压器主要由涡轮机和压气机(增压器2大部分组成。涡轮机将柴油机排出的废气能量转变为机械能。压力机则利用涡轮输出的机械能, 把空气的压力提高, 然后送至气缸内, 以达到增压的目的。废气涡轮增压器的工作原理见图1。 排气管1接到增压器的涡轮壳4上。 柴油机排出的具有一定压力的高温废气经排气管1进

7、入涡轮壳4里的喷嘴环2, 由于喷嘴环通过的面积是逐渐收缩的,因而废气的压力和温度迅速提高,同时速度提高,使动能增加。这股高速的废气流按一定的方向冲击涡轮3, 使涡轮高速旋转。 废气的压力、 温度和速度越高,涡轮转速也越快(有的柴油机在额定转速时,涡轮转速高达 7万10万r/min , 通过涡轮的废气最后排入大气。 因为涡轮3和离心式压气机叶轮8安装在同一转子轴5上, 所以两者同速旋转。经过空气滤清器并吸入压气机壳内的空气被高速旋转的压气机叶轮甩向叶轮的外缘,速度和压力增加, 然后进入扩压器7。扩压器的形状为进口小出口大,因此气流的流速下降,压力升高,再通过断面由小到大的环形压力机壳9使空气流的

8、压力继续提高, 这些被压缩的空气经柴油机进气管10进入汽缸,以提高发动机的充气量。汽车用废气涡轮增压器多采用径流式。它比轴流式效率高、加速性能好、结构简单、体积小。进入涡流的废气流多采用脉冲式,以使废气的能量得到充分利用。 为此, 进入增压器的排气管做成分置式。如对工作顺序为 1-5-3-6-2-4的 6缸机而言, 一般 1、 2、 3缸共用 1根排气管, 沿着涡轮壳上的1条进气道通向半圈喷嘴环;4、 5、 6缸共用 1根排气管, 沿着涡轮壳上的另1条进气道通向另半圈喷嘴环。这样,每根排气管里的排气间隔为240大于1个行程,使排气互不干扰,可以充分利用废气的脉冲能量驱动涡轮。并且压力高峰后的瞬

9、时真空有助于气缸扫气(图 2 。中间冷却器 5的作用是降低进气温度以提高其密度,增加充气量。图 3为径流脉冲式废气涡轮增压器的结构。 它由涡轮壳4、 中间壳14、 压气机壳9、 转子组件和浮动轴承16等主要零件组成。 涡轮壳与发动机排气管连接。压气机壳的进口通过软管与空气滤清器相连,而出口通往发动机气缸。压气机的扩压器为无叶式, 由压气机壳9和压气机后盖板 13之间的间隙构成。涡轮 2由耐热不锈钢精密铸造,焊接在转子轴10上。 压气机叶轮11为铅合金铸件,用螺钉固定在转子轴上。涡轮、压气机叶轮和转子轴组成转子组件。支承在 2个浮动轴承 16上并 作高速旋转。转子组件应进行精密 的 动 平 衡

10、, 其 不 平 衡 度 不 大 于 0.0015Nmm。为了适应转子组件 的高转速工作, 采用全浮动式轴承。 浮动轴承16与转子轴10和中间壳14之间均有间隙,当转子轴高转速旋 转时,具有一定压力的润滑油充满 这 2个间隙, 对其进行润滑和冷却。 在转子轴高转速旋转的同时,浮动 轴承在内外 2层油膜中随转子轴同 向旋转, 但其转速比转子轴低得多, 从而使轴承对轴承孔和转子轴的相 对线速度大大下降。增压器所需的润滑油来自发动 机主油道, 通过细滤器再次滤清后, 进入增压器的中间壳,经其下部出 油口流回曲轴箱。为了防止润滑油 窜入涡轮和压气机叶轮,在转子轴 两端安装密封环 3、12和密封套 8。

11、在中间壳 14和涡轮壳 4之间装 有隔热板1, 以减少高温废气对润滑 油的不利影响。4增压器的作用(1 可大幅度提高发动机的功 率。将普通发动机经过改装,加上 增压器, 可提高功率 30%50%, 因 图2柴油机废气增压系统1. 空气滤清器2. 防冒烟限位器通气孔3. 连接管4. 进气管5. 中间冷却器6. 水箱7. 风扇8. 排气管9. 涡轮机10. 压气机图3废气涡轮增压器1.隔热板2.涡轮3.密封环4.涡轮壳5.推动轴承 6.O型密封圈7.膜片弹簧8.密封套9.压气机壳 10.转子轴11.压气机叶轮12.密封环13.压气机 后盖板14.中间壳15.卡环16.浮动轴承(下转第 56页城市车

12、辆 使用与维修图 16070H2/3H接方法为宜。4缸体焊接材料的选择手工电弧焊的焊接材料即电弧焊铸铁焊条。 合理选用电焊条对于 保证焊接质量有直接影响。 常用的 铸铁焊条见表 1。根据表1比较来看, 选择镍基焊 条优势较大, 应优先选择铸308, 其 次是铸408。 由于镍是具有良好石墨 化性能的元素,可以增强焊接时碳 的析出, 不易产生白口。 同时镍和铁 是互溶的, 当镍含量超过25%时, 常 温下可得到奥氏体组织的焊缝金属, 它的韧性好, 延伸率高, 因此加工性 能好,不易产生裂纹。5缸体焊修的工艺根据实际作业中焊修的设备和 条件, 以及要保证缸体焊修的质量, 在焊修时要采取以下必要的工

13、艺。 5.1焊前准备 (1彻底清除焊修处的油污、 水垢等,以防焊接时产生气孔。 (2检查裂纹的位置和方向, 在裂纹两端各钻一直径 45m m 的止裂孔, 以防止焊接时裂纹继续 延伸。如用碱水或汽油清洗不干 净, 可用刮刀、 钢丝刷予以清除, 甚表 2冷焊时焊接电流的选择(A 种类 焊条规格焊条直径(mm镍基 铸308焊条 铸408铸508至也可用火焰烘烤以去油污。(3打V型口,坡口角度为 6070, 底部为圆弧形坡口, 坡口深度约为壁厚的 2/3,坡口两侧25mm 以内的表面用钢丝刷或砂布打 光露出金属光泽(如图 1所示 。(4 将焊条加热120150, 经 2小时烘干。5.2缸体的焊接(1焊

14、接电流的选择焊接电流的大小对焊接质量有 很大的影响。电流过大时容易造成白口和裂纹,电流过小时由于热度 不够而熔合不好,易产生气孔和夹渣。因此,原则上应在保证焊接质 量情况下尽量采取较小电流。电孤 冷焊电流的选择可参照表2。(2为了减小焊缝区与缸体之 间的温差, 要使焊缝区尽量少受热, 应采取短焊、断续焊的办法。每次 焊 1020mm,每段焊完后立即用小锤从弧坑开始轻轻锤击焊缝,以 消除内应力,直到不烫手时再焊下 一段 (如图 2所示 。 趁热锤击焊缝 是为了消除焊接应力。焊缝金属在 热的时候塑性比较好,锤击有助于 金属晶格的滑动从而松驰了应力。 另外,锤击也是为了砸实气孔,提 高焊缝的致密性。

15、6结束语虽然缸体焊修有一定难度,但只要本着认真求实的精神,采取适 宜的措施, 是可以争取好的结果的, 这样既可降低维修成本,又能取得 较好的经济效益。 图 2(甲一次长段焊(乙分段焊而在功率要求相同时可实现发动机 尺寸小、质量轻的优越性。(2随行驶地区海拔升高,而 导致汽车发动机功率下降, 可通过 增压的方式来弥补。(3在达到额定输出功率时, 摩擦损耗相对较小,在部分负荷 时, 增压发动机的工况更接近最大 效率设计工作点。(4通过对增压器的合理设 计, 可将扭矩特性改进为低速高扭 矩,对汽车发动机非常有利。(5 通过增压可使排放降低。 对 于增压汽油机通过最合适的燃烧室 形状设计和在涡轮机的后

16、燃使 H C 值降低, 在高负荷时使NO x 降低; 对于柴油机, 由于空气过量, 烟度值有 不同程度的下降。 (6可降低噪声。柴油机增压 后, 由于混合气工作温度升高, 着火 延迟期缩短, 使燃烧过程变得柔和。 另外,通过换气管内的波动的消平 和消声, 使噪声减小, 表面辐射噪声 也有所下降。(7可使机械损失减少,经济 性得到改善。增压柴油机由于平均 有效压力提高, 机械损失相对减少, 因而在高负荷区机械效率得到提高, 在低负荷区,由于进排气阻力和换 气损失增加, 经济性受到影响。 在相 同功率时,增压机比非增压机排量 要小, 机械损失也相对要小。 这样增 压机的比油耗比非增压机小,等油 耗

17、的经济运行区扩大 ; 另一方面, 排 量不变时降低转速,机械损失也就 减少,热效率得到提高。(上接第 45页城市车辆URBAN VEHICLESNo.4 2003Abstracts and keywordsfeed ing c ompress ion waste truck. The green design is benefic ial to produc ts s erialization, standard ization and modulization. It is of great significance to the improvementof manipulator s wo

18、rking conditions and environmental protection.Key words:Green Des ign, Waste Truc k, Back-feed ing,CompressionOn motor vehicles intake charge technology Xu J i anhui , Xu ChangrongAbstract: For the better solution of natural resource andenvironmental issues, vehicle engine should develop in thedirec

19、tion of light-weight, high efficiency, long life, low fuelconsumption, low noise, low emission, low vibration and easy start. Intake charge is an ideal enabling technology tothis purpose. This paper introduces ways of charging andthe principle of charger.Key words:Engine, Intake, ChargeMatch of moto

20、r vehicle and S-shaped cam drum brakeadjustment arm Li Houqi ngAbstract: This paper summarizes the problems in the usageof gap self-adjustment arm, discusses the ways to match itwith the vehicle and induces the factors affecting matchingaccuracy.K ey w o rd s:S elf -a d ju s t men t a r m, Ma t c h

21、, E la s ticDeformation, Accuracy Factors.A Talk on engine blocks welding repair Ti an Baoj un, Zhang Fengl i ngAbstract: In northern C hina, affected by c limate, engineblock tends to fracture prematurely. This paper discussesin d etail the reas o n o f frac ture and weld ing rep air op eratio ns.

22、We p ro po se imp lementab le welding rep air process plan.Key words:Fracture, Welding cleft, C old welding, Hotwelding, Residual stressStudy on vehicle parking premise in major Chinas cities Ren XiangAbstract: Vehicle parking has attracted great attention fromurb an transportion authorities. Based

23、on the analysis of C hina s vehic le p ar king s ituatio n, we p ro p o s ed 3-dimensio nal parking building as an optimal app roach to this issue.Keywords: Urban, Motor Vehicles, Parking Facilities, 3-dimens io nalComprehensive control of vehicle emission Ren J ie, Ma Yangang, J ia Li angmianAbstra

24、ct: With the trmendo us increase of Chinas motorvehicles, emission has become a burning issue to be solved.Emission Control is a comprehensive macroscale project. This paper approched it from three perspectives: vehicle,traffic environment, traffic management.Key words:Mo to r Vehicles , Emis sion, Co m