2汽车发动机增压技术.ppt

1、排气涡轮增压发动机，1，涡轮增压技术的基本原理，1 .增压原理：涡轮增压技术采用专用的压缩机，在气体进入汽缸前预先压缩，提高进入汽缸的气体密度，减小气体体积，使每单位体积的气体质量大幅度增加， 能够向更有限的汽缸容积内喷射燃料的发动机通过燃料在汽缸内燃烧而产生电力，但输入的燃料量受到吸入汽缸内的空气量的限制，因此发动机产生的电力也受到限制，如果发动机的运转性能处于最佳状态，则进一步增加输出功率对汽缸有效因此，在当前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能够在不改变发动机工作效率的情况下增加输出的机械装置。 一般来说，能够增加引擎的输出功率在10%到40%左右。 2 .增压器型，1 )机械增压系统：机械

2、增压器用皮带与发动机曲轴皮带连接，以发动机转速驱动机械增压器内部的叶片，产生增压空气并送入发动机进气歧管内，整体结构相当简单，工作温度范围为70-100， 与涡轮增压器由发动机排出的排气瓦斯气体驱动不同，必须接触400-，机械增压的特性：机械增压和涡轮增压在动力输出上有明显的差异，前者有接近自然进气的线性输出，后者有涡轮延迟的现象，因此动力输出相对较多，不是那么线性根据机械增压的工作原理，可以在低转速下得到增压。 增压的动力输出也与曲轴转速成正比，即机械增压发动机的动力输出也随着转速的增加而增强。 因此，机械增压发动机的输出表现与自然瓦斯气体极为相似，但可以具有较大的马力和扭力。 城市的狄塞尔

3、男低音与一般的狄塞尔男低音和卡车不同，由于平均车速低，几乎达不到最高车速，怠速时间长，起动、加速、减速频繁，发动机运行状况不断交替，也适合采用机械增压。 由于机械增压和涡轮增压的性能特性在很多方面是相辅相成的，近年来，在欧美国家的高级轿车和大功率的狄塞尔车，正在进行将这些个2种增压机装载在同一辆车上的试验。 2 )排气涡轮增压系统：这是我们平时最常见的涡轮增压装置，增压机与发动机没有机械连接，其实是空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。 它利用发动机排出的排气瓦斯气体的惯性冲击力推进透平机室内的透平机，透平机驱动同轴的叶轮，叶轮将从空气滤清器导管送来的空气压送，使气缸增压。 发动机的转速越快，

4、排气瓦斯气体的排出速度和灾害车的转速也同步加快，叶轮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，可以相应地增加燃料量增加发动机的输出。 一般来说，安装排气涡轮增压器后的发动机功率和扭矩增大200%。 3 )气波增压系统：气波增压机有特殊形状的转子，由发动机的曲柄皮带轮通过传动带驱动。 在转子上，从发动机排出的排气瓦斯气体直接与空气接触，利用排气压力波压缩空气，提高吸气压力。 气波增压器结构简单，加工方便，工作温度不高，不需要耐热材料和蒸发制冷。 与涡轮增压相比，低速转矩特性好，但体积大，噪音高，安装位置受到一定的限制。 我不太适合小型轿车。 现在这个增压器只能在低速区域使用

5、。 由于狄塞尔发动机的最高转速比较低，所以多用于狄塞尔发动机。、4 )复合增压系统：并用排气燃气透平增压和机械增压，机械增压有助于低旋转时的扭力输出，但高旋转时的动力输出有限，排气燃气透平增压在高旋转时具有强的动力输出，但在低旋转时不出力。 发动机的设计修正者们设想将机械增压与涡轮增压相结合，解决两种技术各自的不足，解决云同步低速扭矩和高速输出的问题。 该装置多用于大功率柴油引擎，汽油引擎采用双增压系统(复合增压系统)的车型比较少，一般的1.4 TSI发动机(该发动机兼具低速扭矩输出和高速功率输出。 低旋转时通过机械增压供给增压的大部分，1 500rpm时2个增压机向云同步供给增压。 随着转速

6、的上升，涡轮增压器能够通过发动机得到更大的电力，云同步，机械增压器的增压压力逐渐下降。 机械增压由电磁齿轮离合器控制，与水泵集合。 转速超过3500rpm时，从涡轮增压器供给所有增压压力，此时机械增压器通过电磁齿轮离合器与发动机完全分离，防止发动机电功耗)。 其发动机功率大，燃油消耗率低，噪音小，但结构过于复杂，技术含量高，维修不方便，不易普及。 二、排气涡轮增压发动机的性能1 .增压柴油引擎、经济性：表示柴油引擎增压后，平均指示压力大幅增加，但其平均机械损失压力不怎么增加，因此机械效率m提高，增压使得过剩的空气系数a适当增大，燃烧过程得到一定改善，热效率i t也提高。 增压器大多办事儿泵瓦斯

7、气体，指示热效率也提高，增压发动机和非增压发动机的输出功率相同，增压发动机能够减少排出量，机械损失明显减少，燃油消耗率降低。 另外，由于发动机的排放量减少，发动机整体的体积、品质减少，这样对降低车辆整体的燃油消耗率也有利的发动机采用增压，在确保本来的功率和一定的扭矩的同时，也可以适当地降低转速。 这样，由于减少了机械损失和磨损，因此有利于燃油消耗率改善。 废气污染和噪音：由于增压柴油引擎具有一盏茶的过剩空气系数，有害瓦斯气体排放量(HC，CO )一般是非增压机的1/31/2。 显示出由于增压，过剩的空气系数a适当地变大，燃烧过程被一定地改善，热效率i t也提高。 如果采用增压中冷技术，可以减少

8、NOx排放量。增压后，由于柴油引擎的滞燃期变短，压力爬升率降低，通过设置能够减少燃烧噪声的涡轮增压器，也减少了供给排气噪声。 缺点：主要表现为低速扭矩特性和加速性的降低等。 低速时，由于增压压力的降低，扭矩Tq的增量明显低于高速时，扭矩特性的低速级被忽略，对汽车的加速性能和爬坡性能产生影响。 起动时，由于增压压力未确立，增压器的压缩比较低，所以起动、点火困难。 另外，在动态过程中，由于瓦斯气体的压力反应慢，增压器的叶片也有大的惯性，因此各种响应变慢，不仅对加速和起动性能产生进一步影响，而且由于过渡过程变长，因此此时的排出和经济性能变差。 2、增压汽油引擎存在汽油引擎增压后，压缩终点和温度均增大

9、，爆炸燃烧倾向加剧，热负荷更加严重的主要问题。 如果燃料辛烷值不上升，则需要采取降低压缩比、延迟点火等措施，结果会导致热效率下降。 另外，汽油引擎的增压也同样存在低速扭矩特性和加速性能降低的问题。针对蒸汽、狄塞尔增压技术存在的共同问题，可以采取的措施是：电子可变透平机喷嘴环截面控制、电子控制增压控制等技术的应用能够有效改善低速扭矩特性和动态特性的电子控制燃料喷射技术，实现了时间节点和扭矩特性(油量特性)的优化，尤其是， 电控爆震控制、电控排气瓦斯气体再循环控制和增压中冷技术有利于防止增压汽油引擎的爆震和降低热负荷。 三、增压控制发动机增压时，请防止增压器的增压及增压压力过高。 涡轮增压器的超速

10、可能会损坏压缩机和透平机旋转零配件，引起重大事故。 增压压力过高可能导致汽油引擎爆震声。提高柴油引擎的机械负荷及热负荷。 为了控制增压压力，有排气旁通、进入透平机的排气瓦斯气体和减少其能量的3种方法。部分增压空气进入压缩机的入口或大气中，由进入汽缸的空气量减少的电脑自动控制。 涡轮增压发动机的离心式压缩机通常在14发动机额定转速以下的转速范围内，出口空气压力的增加很小。 如果超过该转速，则压力逐渐上升，如果不采用排气旁路，则压力沿折断线上升，超过发动机所能承受的最高增压压力。 因此，请采取排气旁通等措施，使其压力在允许值以下。 在某些具体条件下，可以采用大的透平机和滚动，如图中折断线所示，降低

11、压力，但这不经济。 为了不使涡轮增压器的超速和增压压力过高，可以用提升阀等控制排气旁路的通路。 用软管连接压缩机涡旋的空室和隔膜作用器的空室，传递压缩机出口处的气压变化信号。 发动机在正常的稳定状态下工作时，增压压力不高，提动阀关闭。 增压压力超过某规定值时，提升阀打开，一部分排气瓦斯气体不进入透平机，直接从旁通管排出到大气中，因此透平机转速不上升，压缩机出口压力也保持在规定值以下。图3排气旁通增压系统a )旁通阀闭b )旁通阀开、a )、b )在并用排气背压和压缩机入口真空度进行控制的情况下，当发动机在中旋转部进行负荷动作时，排气背压经由钢管传递，作用于隔膜作用器的隔膜，打开旁通阀部，控制增

12、压当发动机在中速、高速大负荷状态下运行时，输入透平机的排气能量增加，使压缩机的转速和出口压力进一步上升，此时压缩机入口的真空度增大，其影响为排气背压和云同步打开作用于隔膜作用器的旁通阀，更多的排气从旁通阀排出到大气中、图4的排气背压及压缩机入口真空度控制的增压系统a )旁通阀关闭b )旁通阀部分打开c )旁通阀全开，c )、a )、自动控制系统主要由微处理器、压力传感器、转速传感器(图中表示分配器的转速变化信号)和爆震声缸传感器构成。 输入信号处理后，微处理器向电磁线圈发出指令，控制旁通阀的开闭。 由于采用微处理器控制，在发生爆震现象征兆时，可以自行延迟点火提前角来避免爆震现象，因此采用该操纵

13、系统的汽油引擎在增压后，可以不降低压缩比地采用原来使用的汽油。 四、可变滚动通路和喷嘴环流通截面的透平机1 .双滚动通路的透平机通过使用小的滚动通路A1，能够提高发动机低速时的透平机动作响应敏捷性，减小其延迟现象。 并用A1和A2，实现了涡轮增压器的转速和增压压力的自身调节作用，能够减小排气背压，改善了发动机的膨胀和热效率。、图5双通道涡轮增压系统a )低速轻负荷工况b )高速重负荷工况、2 .可变涡轮通道的涡轮增压系统、a )、b )、图6可变涡轮通道截面的增压系统a )低速运行男同性恋阀关闭b )男同性恋阀打开、3 .可变喷嘴环流通截面的透平机高速运行此时，可变透平机几何系统安装在与透平机

14、刀片平行的位置，围绕它的几个可变通货收缩向量的角度变小(左图)。 这样可以减小气流通过的空间，增加流速，使叶片容易移动。 转速高时瓦斯气体产水量为一盏茶，此时可变通货收缩参数的角度增大(如右图所示)，透平机可获得最大增压值。 可变透平机叶片的几何技术允许以较低的发动机转速实现更高的透平机速度。 汽缸的增压得到明显改善，相应地在动力和扭矩方面也得到明显提高，在低转速时能够达到最大扭矩，能够维持在较宽的转速范围内。 五、汽油引擎增压系统的常用措施、电控汽油喷射系统成功摆脱了增压器与化油器相匹配的困难，为汽油引擎增压技术奠定了基础。 在汽油引擎的增压系统中，实现爆炸燃烧控制、排气控制、排放控制、增压

15、器可变技术的应用等综合控制也十分方便。 在电子控制式爆燃控制中采用爆燃控制，在避免爆燃的发生的基础上，能够最大限度地发挥机械整体的潜力。 使增压中冷增压空气中冷有利于增加充量、降低热负荷、消除爆燃。 1、电子控制汽油喷射系统， 图8增压汽油引擎的电子操纵系统1空气过滤网2空气产水量修正3涡轮增压器4排气阀5爆燃传感器6水温传感器7增压压力传感器8节流阀位置传感器9EGR阀10中冷器11喷嘴12点火线圈13火星塞14比例式压力控制电磁阀15电动汽油泵1 6变速器的空档资金头寸17车速传感器18点火时期控制信号19曲柄角传感器，2 .电子控制式爆震声控制，点火时期，通过爆燃传感器检测其爆震声信息，

16、对输出波形进行滤波处理判定有无产生爆震声，然后，通过微机进行控制，首先延迟产生爆震声的汽缸的点火提前角，使发动机起动通过采用爆燃控制，在避免爆燃的发生的基础上，能够最大限度地发挥机械整体的潜力。 3 .增压中冷、涡轮增压可以提高空气密度，空气密度的提高必然使空气温度也提高到云同步。 这就像轮胎一朋克风格，泵就发热一样。 发动机涡轮增压器的吹出口温度也随着压力的升高而上升，温度升高的话反而会限制空气密度的上升，为了进一步提高空气密度，必须降低增压空气的温度。 实验表明，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10，柴油引擎功率可提高3%至5%，减少排放中的氮氧化物(NOx )，改善发动机低速性能

17、。 因此，也产生了中间色蒸发制冷技术。 狄塞尔中间蒸发制冷技术的类型可分为利用柴油引擎循环冷却水蒸发制冷中冷器的类型和利用暖气片蒸发制冷的类型，即在室外空气中蒸发制冷的类型。 在利用冷却水进行蒸发制冷的情况下，需要追加独立的循环水的辅助系统，为了得到高的蒸发制冷效果，成本高，机构复杂。 因此，汽车的柴油引擎大多采用空冷式中冷器。 气冷式中冷器使通过管道压缩的空气通过一个散热器，通过从风扇提供的蒸发制冷空气强制蒸发制冷。 气冷式中冷器可以安装在发动机箱的前面、侧面或其它位置。 其波形铝制散热片和导管与发动机箱的构造相似，热传导效率高，可将增压空气的温度蒸发制冷在5060。 中间蒸发制冷技术并不简

18、单，过热无效，过冷在进气管上形成冷凝水是笨拙。因此，必须正确地匹配中冷器和涡轮增压器，使压缩空气达到要求的蒸发制冷温度。 4、双涡轮增压技术，在探讨双涡轮增压技术之前，先了解一个涡轮增压面临的不利现象“延迟现象”。 当驾驶员踩下阿克赛踏板时，发动机转速发生变化。 由于透平机和压缩机有惯性，在这种速度变化中不赶趟的现象称为“延迟现象”。 “迟滞现象现象”会延迟引擎增加或减少功率。 我觉得这样急速加速的话，引擎会越来越不顺利。 使用双涡轮增压的是使用相互独立的2个涡轮增压机的增压系统。 在2个涡轮增压器中发动机共同作用的话，充气效率大幅提高，增压效果更显着，动力性大幅提高。 另一方面，发动机转速低时，低速透平机只能动作一个，此时，以少的排气瓦斯气体使该透平机高速旋转，产生一盏茶的进气压，即使发动机转速上升后，高速透平机动作也继续进入高增压值的状态，提供一致的强动力。 这种