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二、增压系绞中的主要机构 1.废气拐轮增压器
与CA-l OP发动机匹配的增压器型号是国产3GJ型废气涡轮增压器,其结构示于图40与ALPINA发动机匹配的增压器是KKK- K27废气祸轮增压器,其结构示于图5。
与Saab发动机匹配的Garrett废气涡增压器,带有增压压力调节阀,其结构示于图G。3GJ型和K27型涡轮增压器的主要性能参数 见表1。
2,增压压力调节阀
根据汽车的运行特点,增压器与发动机的匹配大都照顾低速扭矩特性。增压器在最大扭矩工况范围内具有较高的效率。要获得发动机良好的适应性系数,必须通过增压压力调节阀将过剩的废气能量放掉,增压压力调节阀的结构见图了,它是由壳体、阀门、膜片以及弹簧等零件组成。
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三、汽油机废气涡轮增压研究意义
1增压技术首先在柴油机领域得到发展,目前工业发达国家大中功率柴油机已全部采用增压技术,中小型车用柴油机增压也达80%。汽油机增压的发展相对较晚,技术水平也落后于柴油机。20世纪70年代末国外汽油机开始逐渐采用增压技术,并得到了迅速的发展和完善,1990年美国生产的汽油机已有1/4采用了增压技术,1992年国际市场上出售的汽油机有巧%采用增压技术,目前国外的汽油机增压正处于完善和推广应用阶段。内燃机增压的先进技术主要集中于美国、德国和日本。相对于柴油机而言,汽油机在小排量,尤其是轿车发动机领域,有其独特的应用优势及地位,所以汽油机的增压研究对于节约能源及提高汽车性能都具有重要意义。 2汽油机废气涡轮增压研究现状
经过80多年的不断发展,特别是20世纪90年代以来,由于CAD/ CAM,电控、材料和制造技术等科学技术的迅速发展,许多相关学科领域的成果被大景用于增压技术领域,从而出现多种增压方式。针对不同的车用发动机,使用不同的增压方式才能达到最佳的匹配,下而是几中典型增压方式的比较。
从表中我们可以看出各种增压方式都有利有弊,但由于废气涡轮 增压器结构简单,而目‘对提升发动机性能效果很好当1台发动机装上涡轮增压器后,其输出的最大功率与未装增压器的相比,可增加大约40%甚至更多;或者说,1台小排量的发动机经增压后,可以产生较
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大排量发动机相同的功率;试验证明由于涡轮增压发动机的燃烧比较完全,排烟浓度降低,废气中CO和HC含量明显减少,NOx含量也大为改观,对减少汽车排气污染有利。此外,由于燃烧压力升高率降低,发动机工作柔和,噪声比较小;而目‘在高原地区也可以恢复功率减少油耗。由于装在汽油机上爆震倾向大大增强,而目‘汽油机的转速和功率范围宽,系统比较复杂,所以目前应用较少,只有少数高级轿车安装,但是随着技术的不断提高,应用会越来越广。装在柴油机上不存在什么大难题所以普及很广,在重型柴油机上已经达到了 100%,而目‘目前已向小型柴油机迅速发展。 3废气涡轮增压技术
带中冷器和放气阀涡轮增压器,设计简单,并能很好地保证低 速转矩和高速限压,而目‘能满足我国排放法规的要求。目前大多数车用柴油发动机都安装它。 3. 1中冷器
气体经过压缩后温度有很大的提高,即使是低增压度,一般也 高出6080℃以上,升温将造成发动机功率降低,效率降低。为此需将吸入的空气在中冷器中再次冷却,使密度增加,从而使功率、扭矩相应增加。另外,增压中冷还有利于降低排放中NOx和微粒的含量,减少了柴油机后处理NOx的困难。 中冷器的冷却方式一般有以下3种类型: (1)空对空中间冷却器; (2)水对空中间冷却器;
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(3)油对空中间冷却器。
水对空中冷器可分为利用发动机循环水和独立的循环水系统2 种。前者的装置简单,可根据空间和实际条件直接装在车用发动机 上,但发动机水温木身就高,大约在80 90℃左右,所能得到的空气冷却程度是有限的。在后一种情况下,由于可利用温度较低的冷却 水,所以增压空气的冷却效果好,但需要设置单独的冷却水系统,故 它只能用于固定式工业用柴油机或船用发动机。油对空中间冷却器和 水对空中间冷却器相似。
空对空中冷可用于难于得到温度较低的冷却水的场合。常用以下 2种方法
(1)它是用管子将充气通到单独安装在前而的散热器,利用装在 柴油机上的风扇供给的冷却空气进行冷却,增压空气的温度可冷却到 50-}-600C o但由于空气的传热系数比水低得多,所以空对空的体积要比水对空中冷器大些。一般将中冷器直接布置在发动机冷却水箱的前而,但应靠近增压器。
(2)在进气管前段设置一个风扇,有专用电机lx动,冷却效果最 好,但是设计复杂。一般来说,增压比越高,采用中冷的效果越显著, 采用中冷的必要性就越大。是台采用中冷主要取决于增压发动机的增 压强度,也与发动机用途和使用条件等因素有关,使用时要权衡利弊。 比较起来,空对空中冷有更大的发展潜力,特别是采用高温冷却的车 用发动机,更应优先考虑空对空中冷器。
目前车用发动机常用的是水冷,原因是其设计简单,体积小,容
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易布置。但以后可能会向空冷方而发展。 3. 2放气阀
柴油机在高速高负荷时,排气流量大,因而排气能量大,导致涡 轮增压器转速高,增压压力也高,但是在柴油机低速时,即使增加负荷,废气流量也不大,因而增压空气压力低,发动机扭矩增量过小。作为改善的办法,可以用小容量的涡轮增压器和柴油机的中速相匹配,以提高柴油机中速时的扭矩。这样又出现将柴油机高速高负荷时增压过高,增压器转速过大的问题。为此采用排气旁通阀,在高速高负荷时,旁通阀打开,放掉一部分废气,以降低增压器转速,控制压比。
放气的方式目前主要有以下2种: (1)将部分排气放入大气; (2)将部分增压空气放入大气。
从热力学观点来看,放增压空气比放排气更不理想,但实际上两者对油耗率的影响差别不大。目前车用发动机常用的是将部分排气放入大气。
四、汽油机废气涡轮增压解决措施 4.1抑制爆展燃烧和降低热负荷
汽油机最大增压压力尸*主要是受爆震的限制,而增压后爆震加剧的最大原因是由于热负荷增加,两者是密切相关的。对一台汽油机来说要进行涡轮增压首要的问题是要防止发生爆震燃烧,一般可考虑
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