增压发动机（精选十篇）
增压发动机 篇1
为了解决涡轮的迟滞问题, 各汽车公司都采取了一定的措施。沃尔沃公司对一些低增压值发动机采取应用较小尺寸涡轮的办法, 以降低启动涡轮需要的时间, 使涡轮的迟滞没有那么明显。虽然采用体积较小、质量较轻的涡轮后, 增压器能够更快地投入工作, 但对于提高发动机功率和扭矩的作用相对有限。
大众公司的FSI发动机则采用了带缸内直喷的FSI稀薄燃烧技术 (双重喷射技术) , 即在活塞的进气行程先喷入少量的汽油与空气混合, 到压缩终了时再喷入最后需要的汽油, 这样活塞在压缩行程时压缩的是很稀的混合气, 因此涡轮增压器的增压值可以设计得更高, 而在相同增压值下, 往往性能会更加稳定。
在不增加发动机排量和体积的情况下, 要想“压榨”出更大的功率, 就要用更大的涡轮来压缩空气, 以得到更高的性能。但是, 大涡轮带来的坏处一个是容易产生“爆燃”, 另一个是涡轮迟滞将更加明显。一向以性能和运动著称的保时捷公司是涡轮增压的积极倡导者。对于“爆燃”, 保时捷采用了双中冷器、低压缩比设计, 再配合使用高辛烷值汽油, 能够较彻底地解决这个问题。
对于涡轮迟滞, 他们采用了VTG可变涡轮几何尺寸技术, 即通过改变固定在涡轮壳体上的导流片的角度来达到改变涡轮角度的目的 (如图7所示) 。在低速时, 采用较小的叶片夹角, 这样较小的排气能量就能驱动废气涡轮, 从而降低了涡轮增压器的介入转速;在高转速时, 加大导流叶片的角度, 可以增加高转速时的废气流量, 用更多的排气能量驱动废气涡轮。采用VTG技术后, 无论是高转速还是低转速, 都能拥有良好的响应性, 涡轮迟滞也被降到最低。
五、涡轮增压与机械增压的结合
大众公司的TSI发动机同时装备了2个增压器, 即1个涡轮增压器和1个机械增压器 (如图8所示) 。工程师们在机械增压器的两端设计了可以实现“短路”的管道, 其中布置了电子节气门。当节气门关闭时, 回路不起作用, 增压器满负荷工作;当节气门打开时, 增压器由于“短路效应”, 不再提供增压能量, 此时机械增压器相当于自身空转, 消耗的曲轴能量可以忽略不计, 从而达到“断开”的效果。由于增压器是连续运转的, 而且可以通过节气门开度的大小无级控制, 从而可以避免电磁离合器介入时的突然性问题, 同时改善了发动机高速下的振动平衡, 关键是可以通过控制节气门的开度来调整增压值的大小。
这样, 在发动机低转速时, 用机械增压器来提供进气, 从而消除涡轮介入前由于压缩比不够高造成的功率下降问题;当发动机转速达到一定程度, 涡轮完全启动后, 机械增压器自动断开, 由涡轮增压器提供进气。两者结合的好处是可以把涡轮尺寸做得更大一些, 而不必担心大尺寸涡轮带来的迟滞问题, 在涡轮介入之前, 一切均由机械增压器来保证。
六、涡轮增压在柴油机上得到普及的原因
对于柴油发动机来说, 无论是涡轮增压还是自然吸气, 它的压缩比都要比汽油发动机高很多。通常, 汽油发动机的压缩比大概为10左右, 即使是FSI稀燃发动机, 其压缩比也只能接近11, 而柴油发动机的压缩比通常在19左右, 高的甚至可以超过20。究其原因, 是因为柴油具有比汽油更好的抗爆性。也就是说, 柴油比汽油难以点燃, 其燃烧速度也比汽油慢很多, 所以性质更加稳定, 需要更高的压缩比。
另外, 柴油发动机的供油方式与汽油发动机有很大差别, 汽油发动机的燃料往往是被喷射到进气歧管中, 即吸入气缸内的已经是混合气了, 如果此时气缸内的温度、压力过大, 就很容易让混合气提前燃烧;柴油发动机往往都是高压喷射式的, 对于TDI柴油机来说, 采用的是缸内直喷, 活塞在压缩行程时压缩的是纯空气, 到压缩终了时才喷入燃料, 再加上柴油本身的抗爆性很好, 所以柴油发动机的压缩比自然就比汽油发动机能提高许多。在更加稳定的燃烧下, 柴油发动机引入增压技术也就比汽油发动机容易得多了。
七、正确使用和保养增压发动机
涡轮增压发动机的涡轮是一个具有一定惯性的运动部件, 其工作转速非常高, 在涡轮启动时, 需要一定时间才能加速到足以有效压缩空气的转速。连接进气涡轮和废气涡轮的轴承是全浮动式轴承, 它是涡轮增压器的主要摩擦部件, 正常情况下它通过发动机润滑系统提供的润滑油进行润滑和散热。
当涡轮进入高转速后, 如果突然使发动机熄火, 在惯性的作用下, 涡轮仍会保持超高转速运转一段时间。由于此时发动机已停止运转, 润滑系统也停止了工作, 润滑油不能在涡轮轴承中循环, 会造成轴承散热不良, 产生局部高温, 极易损坏轴承。轴承损坏后, 只能将整个涡轮增压器一起换掉, 国内大多数更换增压器的案例都是因为操作不当造成的。
正确的使用方法是:发动机冷起动后, 至少怠速运转5min, 待机油压力、温度正常后再加载, 否则会因增压器缺油而烧毁轴承。在高转速、高负荷下停车后, 不要马上使发动机熄火, 而应怠速运转几分钟, 待涡轮转速降低后再熄火。
增压发动机必须使用比自然吸气发动机更高级别的机油, 因为对于增压发动机来说, 气缸的工作温度和工作压力更高、负荷更大, 虽然增压发动机的活塞、曲轴、连杆等部件都是经过强化的, 但由于这些部件的工作环境恶劣, 所以机油级别和质量一定要得到保证。增压发动机一般推荐使用SM级机油, 或者级别和粘度系数不低于原厂标准的机油。
由于全浮动式轴承对润滑油的要求很高, 使用中要定期更换机油及机油滤清器。更换机油和机油滤清器后, 或停放时间超过1周、环境温度过低时, 使用前应松开增压器的进油口接头, 注入干净的润滑油, 使增压器润滑系统中充满润滑油。此外, 还应经常检查进气系统的密闭性, 如果进气系统漏气, 会使灰尘吸入到增压器及发动机内, 损坏增压器和发动机。
还应注意的一点是, 由于涡轮增压器转子轴承的精度很高, 维修及安装时对工作环境的要求很严格, 所以当增压器出现故障或损坏时, 必须到指定的维修站进行维修。
涡轮增压发动机的长寿秘诀 篇2
作好日常保养可使涡轮增压发动机更长寿!
由于涡轮增压发动机的特殊性，决定了其对油品的使用有很苛刻的要求，这主要是为了防止油品质量不好，杂质过多而对机器造成损伤。
在使用过程中，需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。如果密封环不密封，废气会通过密封环进入发动机润滑系统，弄脏机油，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，
进口泵
开创中国发动机的机械增压时代 篇3
众所周知，相比传统的自然吸气发动机，增压发动机具有小排量高功率特点，在实现同等动力性能指标的情况下油耗也更低。因此增压发动机被看着是未来内燃机发展的主要潮流。发动机增压主要有机械增压和涡轮增压两种增压方式。其中涡轮增压机近两年在国内市场发展很快，合资、自主品牌的上市新车上都有了涡轮的身影。但涡轮增压器的迟滞效应导致加速性能较差，影响到整车驾驶性能，而机械增压器有着良好的瞬时响应特性，又因其性能可靠，在发动机常用的中低速区间油耗较低，很受用户青睐。这种机械增压发动机只在奔驰，捷豹等少数高档进口车型上有所使用。奇瑞SQR481FG 1.6L发动机的诞生，开创了中国发动机的机械增压时代。
新发动机是以1.6L ACTECO发动机为基础开发的，最大功率增大35％达到118kw，最大扭矩增大42％至210Nm，是高能效、低排放，低噪声的小型增压汽油发动机。其部分负荷最低燃油消耗率达到255g/KW·h，满足国IV排放法规要求。瑞虎装备后，综合燃油消耗量为7.78L/100km。该发动机动力强劲，低速性能优异，与宝马MINI 1.6L机械增压发动机的升功率和升扭矩相当，处于国际同级别发动机的领先水平，远高于国内市场上的1.8T涡轮增压发动机水平。
这款发动机采用了多次改进后的高效机械增压器技术，机械增压器为高度工程化的罗茨式增压泵，优化了发动机燃烧系统、进气系统和旁通阀系统，也采用了很多新设计和新技术。这款全铝发动机搭载瑞虎3，动力强劲，加速响应迅速，其0—100km/h加速时间小于10秒，最高车速达190km/h。
涡轮增压发动机保养 篇4
小编在论坛里也看到很多车主对涡轮增压发动机也是有很多歧义, 有位徐先生认为如果指望带T的比同排量不带T的车省油很多, 是不现实的;开2.0T跟2.0的车, 会发现油耗并没有太多的区别, 明显的区别只是马力的变化, 增压可以让马力提高一截, 扭矩上也强一些;增压的车, 在涡轮介入的时候, 动力上会感觉到有种快感。加速比同排量的自然吸气的车好很多。还指出真喜欢开车的, 买自然吸气大马力的好, 增压的发动机, 远没有自然吸气的发动机耐操。另一位康先生则认为涡轮增压的优势就只有将发动机的功率发挥到极致。
“一千个人心里有一千个哈姆雷特”, 每个人对涡轮增压的看法也不同, 这里我们请南京林业大学汽车工程学院的杨忠颇教授来为我们解答, 拨开云雾见青天。
专家解析
对涡轮增压, 许多人并不陌生, 但仍然有许多人存在误区, 尤其是年纪较大的消费者。涡轮增压又叫废气涡轮增压, 有定排量和变排量之分, 根据发动机的工况, 受发动机电控单元控制, 进行发动机进气增压工作的, 并有故障自诊断功能。
涡轮增压器安装在进气管与排气管之间, 结构是;用一根转动轴一端固定涡轮与排气管口连接、另一端安装压气轮与进气管口连接, 涡轮利用发动机排放废气的冲量自转, 并拖动轴转动带动压气轮工作, 通过进气管向进气状态的气缸泵气, 一般涡轮增压器工作时转速都很高, 都在上万转以上。
增压的目的是为了提高发动机的新鲜空气充量。保证进入气缸内的燃料有足够的氧完全燃烧, 提高发动机输出的有效功率。定义是同等排量的发动机, 充气量越高它的有效功率就越大。
为了能使涡轮增压器正常的工作和可靠的使用, 在涡轮增压器上布置了两根润滑油管保证润滑、两根冷却水管保证冷却, 以保证增压器的使用功能和寿命。
大众对它的看法主要是不了解, 对他的正确使用不理解, 产生了许多不该发生的损坏问题。认为多了一个装置就多了一个费用、多了一个故障。在西方先进发达的国家, 大多数轿车都安装了这种增压装置。有利于提升发动机的输出功率, 有利于发动机燃油的经济消耗, 有利于发动机尾气排放控制。
误解的主要原因有两方面
其一, 许多消费者认为带涡轮增压的发动机的耐用程度不如传统自然吸气发动机, 且维修费用相对要高一些;
其二, 认为涡轮增压车型的使用较麻烦, 后期维护费用也高, 买车易养车难。
其实, 目前的涡轮增压技术已经发展得相当成熟, 已不像刚开始时的涡轮增压器常发生故障, 正常情况下, 涡轮增压器寿命可高达15年以上, 甚至能与车辆同寿命。目前的涡轮增压器, 大部分质量都说得过去, 它使用寿命的长短很大程度上取决于我们日常的使用保养和维护。
“T”字母已成为涡轮增压 (Turbo) 的特殊身份象征, 与自然吸气引擎相比, 涡轮增压引擎拥有更强的动力。先进的涡轮增压 (Turbo) 发动机技术, 通过提高进入燃烧室的空气质量让汽油燃烧更充分, 从而提高输出功率。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, 但是相同情况下的耗油量却并不比普通发动机高。所以在目前全人类对节能减排、保护环境的觉悟日益提高的情况下, T字头汽车被迅速地推广和普及, T字头座驾也因为澎湃的动力和良好的燃油经济性获得众多车主的青睐。但是涡轮增压发动机在提高输出功率的同时, 工作中产生的最高爆发压力和平均温度也大幅度提高。因此, 发动机在维护保养以及驾驶常识上对车主也提出了更多的要求。
维修有以下几方面要注意:
选择优质机油
装载涡轮增压器的车也有跑了10万、甚至20万公里, 并没有出现传说中的涡轮增压器损坏的现象。目前大部分出现问题的涡轮增压器都是因为涡轮增压器和进气管之间的油封密封损坏, 造成大规模烧机油。而油封损坏的主要原因是因为更换机油的周期太长或使用劣质机油, 造成浮动的涡轮主转轴缺少润滑和散热, 进而首先损坏了油封, 造成漏油。
据悉, 机油在通过涡轮增压发动机的主轴瓦等部位时, 会受到比普通发动机更加强烈的剪切作用, 这时油中的高分子物质就会发生非常剧烈的裂解, 生成分子量较低的物质, 从而导致油品的粘度降低, 就是我们常说的油膜“变薄”。
一般涡轮增压器在发动机转速在3500转时才会启动, 并且快速提升直到6000转。发动机转速越高, 越要求机油的抗剪切能力强, 就是让油品抵抗剪切作用而使粘度保持稳定的性能, 只有这样, 才能使得在高转速下机油的润滑能力不下降。而全合成机油, 如壳牌超凡喜力则拥有优于普通矿物油3倍的抗剪切稳定性, 使得油品在高温和引擎高转速下保持稳定的粘度级别, 保持对Turbo发动机的极致润滑, 提供强韧的厚油膜保护, 大大减小摩擦, 降低磨损。
保持涡轮清洁
涡轮发动机的最大特点就是大功率、低油耗。这都依托于其精密的设计和制作工艺, 同时也决定了它严苛的工作环境。因此, 它对润滑油的清洁保护性要求非常高, 任何杂质与部件的摩擦损害都非常大。如大颗粒的污染物, 在发动机的转速达到4000～6000转的情况下, 会使曲轴颈、汽缸壁、轴承表面迅速拉成条状;小颗粒的污染物使机件表面形成麻坑、斑点, 在高速运转的情况下容易发生碎裂。所以需要保持涡轮增压器的清洁。首先, 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, 如机油润滑能力下降, 就会造成涡轮增压器的过早报废。其次, 需要按时清洁或更换空气滤清器, 防止灰尘等杂质进入高速旋转的增压器叶轮, 灰尘颗粒可能会打坏增压器叶片, 造成转速不稳, 轴套和密封件磨损加剧。最后, 建议使用全合成机油、半合成等高品质机油, 他们的清洁保护作用更强。
养成良好习惯
汽车上安装的涡轮增压器的工作温度高达900～1000℃, 在全负荷工作状态下其转速可达每分钟18万到20万转。可以说它的工作条件十分恶劣, 为达到其使用要求, 使用的材料和精度要求都非常高, 所以价格也相对比较昂贵, 一般都在万元以上。装有涡轮增压的发动机在使用中应注意, 加、松油门时要缓避免发动机冲击载荷, 在发动机冷启动短时暖机后, 方能加大发动机的负荷行驶, 热车停机时让发动机在怠速运转一会儿, 让高温的发动机和涡轮增压器散热一会儿, 冷却下来再熄火停机, 这样才能使高速运转的涡轮增压器得到很好的润滑和冷却, 减少它的损坏机率, 尽量使用厂商提出的润滑油和燃油, 保证涡轮增压器的使用寿命。
按维修手册要求定期维护和使用, 一般无需多余的维护保养。
我们可以按以下几个方面来延长涡轮增压器的使用寿命。
(1) 汽车起步时, 温柔驾驶。由于涡轮增压器是靠机油来冷却的, 凉车启动时机油润滑不佳, 这时增压器如果高速运转, 磨损会很大。应先怠速运转两三分钟, 等机油的润滑性能好了再让发动机高转速运转, 从而使涡轮增压器得到充分润滑, 这点在冬天显得尤为重要。
(2) 车辆高速运转后, 切勿立即熄火。突然熄火, 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, 容易造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”。此外, 发动机突然熄火后, 通往涡轮增压器的机油停止流动, 如果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, 甚至产生“咬死”的严重后果。因此, 发动机熄火前应怠速运转3分钟左右, 以使涡轮增压器转子转速下降。但涡轮增压发动机也不可长时间怠速运转, 否则增压器也会因机油压力过低而导致润滑不良, 一般怠速时间不应超过10分钟。
进行定期检查
由于涡轮增压器的成本较高, 甚至长期不良使用还造成涡轮增压器损坏甚至引擎损坏的严重后果, 所以对车辆的定期检查必须高度重视。不仅可以及早发现车辆存在的问题, 以免造成不可挽回的损失, 同时, 车主也可以向维修师傅请教, 了解更多、更好的驾驶车辆和养护车辆的常识。
需要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, 从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。
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。
另外, 需要提醒的是, 由于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, 而不能到街边店盲目修理。
链接:T车型保养费用不贵
在不少人的眼中, T车型虽然是真正意义上的“驾驶者之车”, 但是追求动力的同时, 也要付出不菲的养车代价。而通过我们实际调查发现, 其实T车型的保养费用与同排量的普通版基本相当, 只是机油与机滤价格相对偏高。当然, 众多T车型的保养费用相比之下也分高下。这里, 我们通过调查计算来告诉你, 主流T车型中谁的保养费用最划算?
涡轮增压助力重卡发动机节能减排 篇5
一、涡轮增压技术广泛应用于机动车辆
高效、节能、环保是发动机技术发展的主要目标，涡轮增压技术可大大改善发动机的动力性、经济性，降低尾气中的污染物排放。随着我国汽车排放标准日益严格，对汽车增压系统提出了更高要求。国Ⅳ排放标准的实施，意味着带增压器的新车型要匹配经过技术提升的增压器，从而给增压器企业带来巨大商机。自国Ⅲ排放标准实施后，国内车用发动机企业的产品采用新型燃油泵、高压燃油喷射、废气再循环、增压及中冷等先进技术。为达到国Ⅳ排放标准，更高压力的电控燃油喷射、可变几何截面的增压中冷、冷却式废气再循环、多气阀技术及可变进气涡流等技术将得到应用。国外这些先进技术为我国车用发动机尤其是增压技术提供了借鉴。同时，国外有实力的增压器企业强势进入中国，将推动我国增压器企业提高产品技术水平。
随着人们环境保护意识的增强，对发动机尾气排放的要求越来越严。为满足日趋严格的排放法规要求，许多新的发动机技术被采用。然而，废气涡轮增压技术在降低发动机排放方面又发挥了十分重要的作用。涡轮增压中冷技术既是减少发动机排放的有效措施，又可消除某些排放控制技术对动力性和经济性产生的负面影响。废气涡轮增压是车用发动机的一项重要技术，它促进了发动机技术的发展，并将为车用发动机的发展开拓更加广阔的前景。由于发动机优良的动力性和经济性，目前，国内外重型汽车全部采用柴油机作为动力，并且绝大多数采用了涡轮增压技术或涡轮增压中冷技术。
二、涡轮增压技术是排放控制重要措施
为满足越来越严的排放法规要求，必须提高燃料质量和采用先进的发动机技术。要达到各阶段排放限值需有相应的发动机技术作保证。对于各种柴油车要保证汽车柴油机优良的动力和燃油经济性，必须采用废气涡轮增压及中冷技术。对应于不同的排放限值阶段，除了采用其他先进技术，比如高压喷射、多气门技术、泵喷嘴、废气再循环、电控喷射、烟气脱硝催化器等技术外，各阶段都对应一定的增压技术的改进和提高。涡轮增压技术由涡轮和压气机两个主要部件组成的增压器来进行增压工作。对于增压压力较高的中、高增压发动机，一般需装置中间冷却器，以提高进气密度。
涡轮增压主要作用是提高柴油机功率、降低燃油消耗。同时涡轮增压及增压中冷技术对降低柴油机排放起着重要作用。增压技术的最大好处是它在不增加发动机排量的情况下，大幅提高发动机的功率和扭矩。涡轮增压器实际上就是一个空气压缩机，利用发动机排出的废气推动涡轮高速旋转,将空气压缩进入气缸。随着发动机转速加快,废气排出速度加快，使涡轮转速也加快,空气压缩程度就加大,发动机的进气量就相应增加，从而提高发动机动力。所以说，涡轮增压器通过增加发动机进气量，在不增加排量的情况下却得到了增大发动机排量的效果。由于涡轮增压器的驱动是来自发动机排气，不需要额外的动力，与其他增压方式相比，涡轮增压的效率更高，能耗更低。也是由于涡轮增压器是由废气驱动增压，所以，要在发动机达到一定转速时才能启动，因此，涡轮增压器存在一定的“滞后”，这是其固有特点。
三、增压发动机实现国Ⅳ排放标准的关键技术
增压发动机的燃油经济性改善得利于废气能量的利用和燃烧效率的提高；另外，增压发动机的平均有效压力增加，发动机的摩擦损失增加相对较小，且没有任何进气损失，因而机械效率提高；增压发动机的质量密度大，同样功率的发动机可以做得更小、更轻，整车质量可以减小，也有利于燃油经济性的改善。发动机的燃油经济性与进气密度有一定关系，因此，高增压发动机采用进气中冷技术降低进气温度、提高进气密度能改善燃油经济性。采用涡轮增压发动机作动力的汽车具有良好的燃油经济性。汽车柴油化可以减少汽车燃料消耗总量。较小的燃油消耗量可消耗的新鲜空气量少，汽车有害污染物排放的总量也下降。
涡轮增压技术已成为提高发动机功率和扭矩、降低油耗、满足排放标准要求的一种有效技术。发动机排放升级到国Ⅳ标准，可通过不同技术路线实现：一是带旁通阀的增压器、可变截面增压器或两级增压。二是采用选择性催化还原装置。三是冷却氧化催化器。国Ⅳ排放标准对我国涡轮增压器行业乃至整个内燃机行业都是巨大的挑战。国外知名企业和研究机构证明，可变截面增压器可实现国Ⅲ排放标准升级到国Ⅳ排放标准，但可变截面增压器或两级增压系统比较复杂，攻克技术难关需要时间。
众所周知，涡轮增压是迅速提升发动机马力的最有效方法。但它也存在着诸多弊端，涡轮增压值的设定会直接影响到低速扭矩以及驾驶的平顺性。而可变式喷嘴涡轮增压器，在进气系统的一侧安装有可移动导片，其位置可变动，从而能够在整个发动机转速范围内提供最佳的流速和很高的增压效率。当发动机高速运转时，它们基本全部打开，此时的废气流经的截面最大，其作用同普通增压器没有什么区别。但在发动机低速运转时，就可通过移动导流叶片来控制和调节进入涡轮增压器的气流，这样导向叶片就会将废气流经的截面开得最小，使涡前排气背压升高，形成较大的压差，迫使流经导向叶片的废气流速加快，从而驱动涡轮叶片转得更快，使压气机端增压压力比普通增压器更高，在整个发动机内提供最佳的流速和很高的增压效率。
四、涡轮增压技术的发展前景
涡轮增压器以其领先的增压技术，提高汽车性能和易操纵性，同时改进燃油效率、减少有害排放而著称。随着节能减排的呼声越来越高，相关技术层出不穷。在国内涡轮增压技术发展了多年，已经成为产业化较好的产品之一。
涡轮增压器行业的的发展前景乐观主要在于以下方面：首先涡轮增压器已经成为车用柴油机的标准配置，对燃油消耗率的降低和排放污染物的减少有着重要的意义。据计算，如果北京市的出租车全部改成柴油轿车的话，每年将节油数亿升。欧洲国家非常重视柴油机汽车的发展，特别在西欧，柴油机小汽车占有很大的比例，约为40%。西欧国家重视柴油轿车发展主要是发现柴油机在经济性和排放方面具有优势。柴油车油耗低，二氧化碳排放少。
汽油机使用涡轮增压器大势所趋。如今汽油机增压已经得到业界的认可，汽油机使用涡轮增压器后节能效果显著。其表现：一是发动机的机械效率增加。相同排量的增压和非增压发动机相比,增压发动机产生的功率更大,发动机的机械效率和燃油经济性显著提高；二是发动机重量减轻。如果要获得相同的功率,使用增压的小型发动机可以替代非增压的大型发动机,这样车内发动机体积会减小,有利于降低整车重量,降低燃油消耗；三是发展增压型汽油机可以使汽车厂在同一条生产线上,生产功率不同的发动机,节约成本。现在国外增压汽油机产业化情况很好,如德国大众等公司已经生产增压汽油机多年。
近几年，涡轮增压器技术基本成熟，成本已经大幅下降。涡轮增压器市场价格较最初的产品价格下降了2/3，随着涡轮增压器产量的增加，增压器特别是汽油机增压器价格还有下降的空间。此外，涡轮增压器的维修成本大幅度降低，一方面因为更换零部件的成本下调，另一方面因为精通涡轮增压器维修的工人数目不断增加，劳动力成本降低。
新生代消费者更愿意选择技术含量更高、更节能、更环保的汽车。不像其他国家的消费者，以前是用非涡轮增压，可能由于惯性而不愿意尝新，中国市场没有这样的特点。政府在大力推行低排放的汽车和技术，涡轮增压技术正好符合这个潮流。中国市场很大，竞争很强，竞争会促进技术发展，使之在中国得到更快的渗透。
五、涡轮增压技术的发展趋势
涡轮增压技术发展的主要因素是增大发动机输出功率、提高发动机低速转矩、加快瞬态响应速 度、降低排放有害物和改善燃油经济性。增压器的技术关键是改善涡轮和压气机的效率，拓宽工作范围、提高增压压比、降低轴承系统的损失和提高稳定性及耐久性。今后发展内燃机的涡轮增压技术要深入研究、解决的有两大问题：一是要有高效率、高压比、流量范围宽广、可靠性好、寿命长的涡轮增压器；二是要有能充分利用发动机排气能量，避免进排气干扰和与涡轮增压器有良好配合的增压器系统。为此，随着增压器技术的不断提高，涡轮增压器设计的目趋成熟，新型车用涡轮增压器将会朝着提高增压比，增加增压器效率，减少零件数，拓宽流量范围，朝着小型化的方面发展。
双涡轮增压是涡轮增压的方式之一。针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象，串联一大一小两只涡轮或并联两只同样的涡轮，在发动机低转速的时候，较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，减小涡轮迟滞效应。常见的涡轮增压都是单涡轮增压，分机械式涡轮增压、废气涡轮增压和复合式涡轮增压。机械式增压是发动机运转直接驱动涡轮，优点是没有涡轮迟滞，缺点是损耗部分动力、增压值较低。废气涡轮增压是靠发动机排气的剩余动能来驱动涡轮旋转，优点是涡轮转速高、增压值大对动力提升明显，缺点是有涡轮迟滞现象，即发动机在转速较低排气动能较小，不能驱动涡轮高速旋转以产生增大进气压力的作用，这时候的发动机动力等同于自然吸气，当转速提高后，涡轮增压起作用了动力会突然提升。双涡轮增压是涡轮通过串联或者并联的方式连接。并联指每组涡轮负责引擎半数汽缸的工作，每组涡轮都是同规格的，其优点就是增压反应快并减低管道的复杂程度。串联涡轮通常是一大一小两组涡轮串联搭配而成，低转时推动反应较快的小涡轮，使低转扭力丰厚高转时大涡轮介入，提供充足的进气量，功率输出得以提高。涡轮增压器出毛病的几乎多数是轴承故障，轴承的寿命就是涡轮增压器的寿命。对增压器结构的改进提高，主要从减少效率损失和结构可靠性方面开展工作，采用微型高速滚动轴承以减少机械效率损失是最好的方法之一。近几年小型增压器的中间体轴承部位采用水冷结构的设计也逐渐增多，车用的小增压器几乎全部采用水冷结构。此外在中间体内轴承壳体采用铝合金制成，表面内孔采用发动机润滑油路的机油进行喷射冷却，这种结构使发动机的紧急停车无水冷却时轴承壳体的温升也比较小，减少了结焦的隐患。
随着小型涡增压器在车用发动机上的广泛应用，车用发动机特别是汽油机排温高，要求加速性能好，而陶瓷材料其重量轻、耐热性好，且比重轻，用它来制造的涡轮能耐高温转动惯量小，易于加速，可借以提高发动机的加速性。此外，混流式涡轮可进一步提高涡轮的效率；电子控制执行器总成可更精确地完成对增压器的控制；对于高增压的柴油机，采用电控涡轮复合增压式可回收废气中多余的能量作为动力输出。
车用增压技术不仅作为发动机的一项很重要的节能手段，还可以提高发动机的功率。涡轮增压发动机可以在不改变排量的情况下,将发动机的综合性能提高40%甚至更高。在改善经济性，尤其是在降低排放等诸方面，都给人们带来了巨大的综合效益。增压技术是今后国内汽车发动机重要的发展趋势之一。随着对车辆性能的要求愈来愈高，同时还要求保持燃油经济性不变，为使车用发动机满足欧洲法规，那么涡轮增压将会愈来愈多地用于提高小排量发动机的功率、进而达到大排量发动机的性能。即便在大排量发动机上，如果要缩小发动机尺寸而同时又保持动力性不下降，那么涡轮增压也不失为值得考虑的技术途径。随着涡轮增压器技术和其它先进发动机技术的进一步发展，车用发动机将会成为真正的低能耗、高环保性的车用动力。
（作者单位：罗礼培 东风汽车公司战略规划部，张志奎 东风汽车有限公司商用车公司商品收益管理部）
发动机涡轮增压技术的专利分析 篇6
近年来, 随着我国经济和人民生活水平的不断提高, 越来越多的家庭购买了汽车作为代步工具, 从而也促进了我国汽车工业的快速发展。随着汽车拥有量迅猛增长, 对发动机的排放和小排量汽车的动力性的要求也日益凸显出来。目前, 采用涡轮增压的轿车愈来愈受到人们的追捧, 轿车尾部经常看到的Turbo、T或TSI, 就表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机。
涡轮增压属于进气增压的一种形式, 进气增压是增加发动机的转矩和功率的常见方法, 也是控制排放的必然选择。目前发动机上普遍采用的是涡轮增压, 虽然涡轮增压在近些年才被广大汽车消费者认识并备受关注, 但事实上发动机的增压技术早在19世纪就已经萌生, 并且在20世纪初期就得到初步应用, 且随着材料科学及制造技术的进步, 涡轮增压技术在20世纪中叶就在柴油机中走向大规模商业应用, 并逐步推广到汽油机中。
涡轮增压的主要原理很简单, 就是压气机与涡轮机同轴相连, 构成涡轮增压器, 涡轮机受到排气管中废气的驱动, 将内燃机排气管排出的高速废气的动能和压力能转变为机械能, 从而带动压气机, 压气机则利用涡轮机输出的机械能把空气的压力提高, 然后送至汽缸内。
虽然涡轮增压技术早就已经成熟, 但各国研究人员对其改进的步伐却从未停止, 并不断针对该技术作出创新。当前, 随着我国专利制度的逐步完善和经济的飞速发展, 广大企业和个人也逐步认识到专利保护的重要性, 通过涡轮增压技术的专利分析, 将有助于更全面地了解关于涡轮增压技术以及确定今后废气涡轮增压的研究方向。
2 涡轮增压的专利分析
下面以中国专利文摘数据库中的数据为基础对涡轮增压技术进行专利分析。中国专利文摘数据库是对中国专利初加工文摘数据库、中国专利深加工文摘数据库、中国专利检索系统文摘数据库、中国专利英文文摘数据库、DWPI数据库中的中国数据、SIPOABS数据库中的中国数据进行错误清理、格式规范、数据整合后形成的一套完整的、标准的中国专利数据集合, 数据覆盖全面, 数据格式规范, 数据质量高, 数据涵盖自1985年至今所有中国专利文摘数据。
由于仅采用涡轮增压这一关键词时, 会引入部分检索噪音, 为了在数据库中准确寻找关于发动机涡轮增压方面的专利, 可以采用专利分类进行进一步限定, 在国际专利分类表中, 针对发动机涡轮增压的技术的专利申请主要被分在F部的F02B37/00 (带有至少一部分时间由排气驱动的泵的发动机) 大组下。在中国专利文摘数据库中, 通过用分类号“F02B37”和关键词“涡轮增压”进行限定, 就能够较为精确地检索出涉及发动机涡轮增压的专利文献, 检索结果一共是2025篇专利申请, 文章主要针对这2025篇专利申请进行专利分析, 展示目前我国关于涡轮增压技术的专利的申请状况。
2.1 申请量趋势分析
通过检索发现, 2000年之前该类专利的申请量较少, 基本上都在个位数以下。从图1关于申请量的趋势图中可以看出, 从2000年开始, 伴随着国内经济、汽车工业和市场的快速发展, 以及国内对于科技创新的重视, 可以看到, 申请量是逐步上升的, 由此可见, 尽管涡轮增压技术已经是一项较为成熟的技术, 但由于其能带来巨大效益, 对其的完善和改进仍然是目前研究的热点。至于2012年和2013年申请量没有增长甚至下降, 分析认为, 这是与专利申请公开制度有关, 这是因为2012年和2013年的申请有部分尚未公开, 因此没有被收录到数据库中所导致的。
2.2 申请人分析
表1给出了目前关于涡轮增压的专利申请量前10位的申请人, 从表中可以看出, 申请量较多的申请人以国外大公司为主, 前5位中只有一位是国内申请人, 为上海交通大学, 剩余四位全部为国外大型企业, 由此可以看出, 一方面, 在发动机涡轮增压领域, 国外申请人还是占据主导地位, 显示了国外公司对这方面技术的重视, 这与目前的发动机技术的垄断情况是符合的;另一方面, 也反映了我国企业在发动机领域技术的发展还任重道远, 需要加大投入和研究力度。
2.3 主要申请人申请分析
由于国内上海交通大学目前的申请量已经占据第1位, 因此下面将主要针对申请量第一位的上海交通大学和比较知名的福特全球技术公司、丰田自动车株式会社进行分析。数据表明, 上海交通大学关于发动机涡轮增压的专利申请主要集中在2011-2013这几年中, 这三年的申请量占其申请总量的84%, 且其申请中系列申请较多, 一个系列申请就涉及十几甚至几十个, 总体来说涉及的方面较少。而福特环球技术公司从2008年申请量就已经较多, 至于丰田自动车株式会社, 更是从2005年开始申请量就处于一个稳定状况, 这两个申请人的专利申请涉及的面也比较广。这从另一个侧面体现了国外汽车公司针对发动机技术的领先与垄断, 同时也反映了国外企业对于技术创新的持续性。
2.4 申请热点分析
由于涡轮增压的基本原理已经为广大技术人员所熟知, 因此针对这项技术的改进主要集中在使涡轮增压与发动机的性能参数和工况相匹配。针对检索得到的涉及涡轮增压的专利申请进行阅读和分析, 发现目前关于涡轮增压技术的专利申请主要集中在以下几个方面:涡轮增压的控制、可变涡轮增压和多级涡轮增压。其中在检索的结果中, 有接近一半的涡轮增压专利申请都涉及到控制, 设计到两级涡轮增压的占比接近四分之一, 而涉及到可变几何结构的仅接近十分之一。
3 结束语
通过前面对于涡轮增压的专利的具体分析, 可以看出, 目前关于涡轮增压的先进的核心专利技术基本被欧美日的一些大公司所控制, 这与我国汽车工业的现状是存在对应的。国外企业针对涡轮增压技术的研究和专利申请具有一定的连续性的, 他们的研究是不断深入并不断提高的, 涉及面较广, 这是值得我们学习的。随着我国国内汽车行业的成熟与发展, 国内申请人在涡轮增压技术领域的专利申请量也逐年增多, 但由于前期发展所限以及相应的技术垄断, 这方面的专利申请主要还是集中在国外大型企业, 因此, 无论是进行技术研究还是进行专利风险评估, 都应注重国外申请人的专利分析, 从而在企业技术研发中具有前瞻性。
(本文所有作者贡献相同)
摘要：目前, 随着我国汽车工业的发展, 发动机涡轮增压作为一种提高发动机动力性、降低排放的手段, 越来越多地应用到了汽车上, 针对涡轮增压技术的研究和专利申请也是一个热点。文章以中国专利文摘 (CNABS) 数据库中的检索结果为样本, 从专利角度出发, 对涉及涡轮增压的专利申请进行了分析, 通过申请量、主要申请人、申请热点的分析, 展示涉及涡轮增压的排气再循环技术的发展概况和技术概貌, 为涡轮增压研究和发展提供借鉴。
关键词：发动机,涡轮增压,专利分析
参考文献
[1]周龙保, 刘巽俊, 高宗英.内燃机学[M].机械工业出版社, 1996.
[2]国际专利分类表 (第8版) F分册[M].知识产权出版社, 2006.
柴油发动机涡轮增压相关技术分析 篇7
关键词：柴油发动机,涡轮增压,动力性,气缸
采用涡轮增压技术不仅可以改善柴油发动机的动力性及燃油经济性,达到节约汽车能源、减少车用柴油机工作时的噪声,保证在海拔较高的地区克服车用柴油机由于外界空气密度过低而引起的发动机输出功率下降的缺点,满足高海拔的环境中车辆行驶的要求。尤其是最近几年,国际上的汽车排放相关法规标准越来越高,导致相关人员运用涡轮增压和中冷专业技术来解决有害气体排放的问题,降低车用柴油机的排气污染,使其达到规范要求。涡轮增压技术己经成为大多数车用柴油机满足欧洲Ⅱ以上排放法规要求所必须采用的标准配置。
1 柴油机涡轮增压技术概述
一台性能优良的发动机的比功率大,比质量小,燃油消耗率低,排放污染小,工作可靠,使用寿命长,操作方便。
影响内燃机功率的因素由公式(1)给出
式中:pe为有效功率,i为气缸数,Vs为气缸工作容积,Hu为燃料低热值,l0为化学计量比,τ为冲程数,Φc为充量系数,ηit为指示热效率,α为空燃比,ηm为机械效率,n为发动机转速,ρb为进气空气密度。
从公式(1)可以看出,过分增大缸径和行程,增加气缸数会使内燃机系统庞大、复杂、笨重,且加工、安装和维修不便,制造困难;采用二冲程则因低换气质量而影响热效率;过高转速会增加摩擦损失,不利于改善工况,且产生较大惯性力,使发动机可靠性及寿命受到影响。最为经济并且增压效果显著的方法是增加进气空气密度。如采用增压提高进气密度,则可使发动机功率提高40%～80%。
涡轮增压器不但可以提高发动机的功率,降低燃油的消耗,还会在降低交通污染、控制交通噪声、提高能源的利用等方面起到积极作用。涡轮增压器根据废气在涡轮机不同的流通方向,可分为径流式涡轮与轴流式涡轮两大类。对于车用内燃机则用径流式涡轮增压器。
2 涡轮增压器结构及原理
2.1 涡轮增压器的结构
径流式涡轮增压器结构如图1所示,它是由压气机、涡轮以及支承装置、密封装置、冷却系统、润滑系统所组成。
2.2涡轮增压器工作原理
涡轮增压器工作原理如图2所示,当发动机产生温度较高的废气时,一定的空气压力作用于涡轮壳并使之旋转后进入空气中。与此同时,压气机叶轮和涡轮共同安装在相同的转子轴上具有相等的速度,提高通过滤清器作用后的空气使空气的流动速度和压力并行进入扩压器,因此,空气流动的速度减少,从而空气的压力增加。同时,压气机壳不断地使空气压力继续升高,提高后的空气通过发动机的进气管而到达气缸中,达到改善进气密度数值的目的。
3涡轮增压器结构设计
3.1涡轮增压器参数确定
12V150柴油发动机的参数为:汽缸直径D=150 mm; 汽缸工作容积Vh=38.38 L;活塞的行程S=180 mm;原机的发动机功率Pe= 382.35 kW(520 PS)/(2 000 r/min);增压后为Ne=536.76 kW(730 PS)/(2 000 r/min)。
3.2设计点的选择
为保证发动机具有良好的扭矩特性(扭矩系数K≥1.15),设计点选择在
(Ta=303 K ).
要求达到
Ne=492.65 kW(670 PS)
ge≤214.88 g/(kW·h)[158 g/(PS·h)].
增压参数的确定:发动机过量空气系数的确定 α=1.7;容积系数 ηv=0.98;扫气系数 ηs=1.02;扫气过量空气系数 φs=ηvηs=1。
增压发动机所需空气量为
式中:ge为发动机的燃油消耗率,单位
采用2台增压器,则每一台增压器的空气流量为0.364 kg/s。增压空气的密度为
压气机进口的空气压力为
式中:Δp为压气机进口处压降,取为6 000 Pa。
压气机进口空气密度为
式中:R为气体常数, R=287 J/(kg·K)。
压气机压比为
式中:ηn为压气机多变效率,取ηn=0.76。
因此,确定增压器的设计参数为
4涡轮增压器特性分析
4.1匹配性
为了保证该增压器正常工作,使用过程中必须考虑以下几方面:
1)由于该增压器没有专门冷却系统,因此,要保证足够的机油循环量,即机油压力要达到250～400 kPa。
2)涡轮壳与排气管连接时,一定要考虑排气管的热膨胀量。
3)检查各个结构之间的间隙,使其保持在合理范围内。
4)避免发生喘振,除了设计因素之外,通常采取加大进气管、增加中冷器以及避免在高速负荷下工作时紧急停车或突然减速等。
4.2涡轮增压器的冷却和隔热
为保证增压器正常工作,涡轮端轴承部位的温度不超过150°,涡轮密封部位不超过230°,采用油冷方式,并在涡轮轴承上端、密封环附近专门设置油道,基本满足要求。
隔热的目的是防止热量自涡轮端传至轴承和压气机端,这样,可以减少连接零件的热变形,防止壳体零件产生裂纹。该涡轮增压器采取以下措施:
1)采用哑铃式布置方案,形成温度梯度差,减少热辐射。
2)把轴承座固定在压气机端,加大热阻。
3)把止推面设在压气机一端,可以减少自涡轮端通过转轴经止推面直接传热给轴承的可能性。
4)在涡轮叶轮与转轴焊接处采用摩擦焊并做成中空形式,以减少自涡轮叶轮向转轴的传热。
5结束语
由于最近国际上的汽车排放相关的法规标准越来越高,因此,相关人员运用涡轮增压和中冷专业技术来解决有害气体排放的问题,降低车用柴油机的排气污染,使其达到规范要求。该文从介绍涡轮增压技术概况入手,对涡轮增压技术的结构及原理进行说明,并给出了其设计方法,对其相关特性及关键技术进行了总结,通过本设计体现出涡轮增压可以非常有效地提高发动机功率,同时,可降低排放污染,是一项以低投入换取高效率的技术。
参考文献
[1]陆稼祥,夏有禹,高有广.柴油机涡轮增压技术[M].北京:机械工业出版社,1999(9):1-243.
[2]汽车工程手册编委会.汽车工程手册设计(上篇)[M].北京:人民交通出版社,2002:243-255.
[3]张然治,任继文.车用发动机增压技术现状及市场预测[J].车用发动机,1997(6):18-27.
[4]万欣.燃气轮机机械[M].机械工业出版社,1987:6-14.
涡轮增压型发动机的使用与维护 篇8
1)怠速启动，升温后加速，停车后不能立即熄火。柴油机启动后，先怠速运转3～5min待机油压力升高后才能加速，由于涡轮增压器在发动机顶部，所用的机油来自发动机的油底壳，机油经过机油冷却器和机油滤清器之后，才能到达涡轮增压器，严禁启动后大油门轰动转速，否则会加剧发动机有关摩擦副的磨损，而且易使增压器转子轴、浮动轴承和密封环因缺油干摩擦而损坏，发动机工作时供给增压器转子轴，浮动轴承和密封环的润滑油有三个主要作用：润滑、清洁、冷却。
正在运行的工程车辆停车后发动机立即熄火，供给增压器的机油立刻停止，机油压力下降为零，因此给增压器带来2个损坏，一是增压器的转子在惯性的作用下还在高速旋转，其转子轴、浮动轴承和密封环因为缺油干摩擦而加剧磨损，因为研磨料不能得到及时清洁而加剧磨损。二是增压器废气涡轮部分的高温传到轴承支轴承壳内，轴承支轴承壳内的热量因缺油冷却而不能迅速带走，增压器转子轴，浮动轴承和密封环因为机油过热而烧坏。因此工程车辆停驶后，发动机必须怠速运转3～5min，待增压器转速降低，涡轮部分的高温有所下降之后方可熄火，在发动机停车的瞬间，要利用增压器的高速旋转惯性，监听增压器叶轮与壳体之间有否碰擦声，一经发现应立即拆开增压器，检查轴承间隙是否正常，涡轮轴的轴向间隙应大于0.25mm，压气机壳与导风轮叶片的间隙应大于0.15mm。
2)增压型发动机应避免长时间怠速运转。增压器的散热和润滑主要靠机油的流动来实现，长时间的怠速运转，造成机油压力偏低，机油流速不够，导致增压器散热不良和润滑不够，容易造成转子轴，浮动轴承和密封环因过热和缺油而损坏，长时间怠速运转以免引起增压器机油漏入压气机而导致排气管喷机油，一般情况下，怠速时间不得超过10min。
3)做好增压器的预润滑。按照使用说明书的要求及时做好增压型工程机械发动机使用保养工作，并严格按照说明书规定选用好润滑油，保持增压型工程机械发动机良好技术状态，增压器各摩擦副润滑油膜的形成对其正常工作非常重要，对启用新增压器或修复的增压器时，以及启用长时间停车的发动机都要对增压器进行预润滑，否则会使其转子轴、浮动轴承和密封环因为缺油而损坏，预润滑的方法是，应当拧开增压器上的油管接头，往油管内注入50～60mL的同型号干净机油，再拧紧油管接头，并且用手转动叶轮轴，使各轴承表面充分得到润滑，防止启动时因油管内有空气，导致润滑不良而烧坏增压器轴承。
自然吸气CNG发动机涡轮增压设计 篇9
1技术方案
1)增压类型选择。在发动机主体不做重大改动的情况下,若使发动机性能有较大的提升,可对发动机进行涡轮增压设计。涡轮增压具有4点优势。一是性能提升。使用涡轮增压可在不增加发动机排量的基础上大幅度提高发动机性能,在保证发动机热负荷的情况下,输出功率可提升40%以上。二是降低油耗。使用涡轮增压的发动机可使汽车吨/公里的油耗下降40%以上。三是减少污染。涡轮增压使发动机缸内进气更为充分,燃烧更为彻底,降低了CO,HC,NOX的排放,减少空气污染。四是提供高原补偿功能。部分高海拔地区,海拔越高,空气越稀薄,带涡轮增压器的发动机就可以克服因高原空气稀薄导致的发动机功率下降。
2)燃烧方案选择。可使天然气发动机排放达到国Ⅴ的燃烧方案主要有两种。一种是采用“当量比燃烧+三元催化器+窄域氧传感器”的方案,一种是采用“稀薄燃烧+SCR催化器+宽域氧传感器”的方案。天然气的可燃界限用过量空气系数表示为фa=0.69-1.17。总的来说天然气着火界限偏向于浓侧,因此当量比燃烧更符合天然气的燃料性质[1],而且采用稀薄燃烧的方案“SCR催化器+宽域氧传感”的成本要比采用“三元催化器+窄域氧传感器”的成本高30%左右,因此该设计采用“当量比燃烧+三元催化器+窄域氧传感器”的方案。
2技术难点及解决方案
1)排气系统。原发动机为自然吸气发动机,发动机废气直接由排气管进入三元催化器、消声器后排入大气。因此对发动机排气歧管的主要要求是排气顺畅,保持排气背压处于较低水平。在增加涡轮增压器后,发动机废气首先进入压气机,利用废气能量使增压器工作,将新鲜空气压缩后进入气缸,达到提升性能的目的。设计带有涡轮增压器的排气系统首先必须考虑涡轮增压器的安装是否方便,其次需要考虑发动机的废气进入增压器压气机后各缸扫气不能相互干扰,以免影响工作。根据排气系统的结构特征,目前四缸发动机常用增压系统模型主要分为恒压增压系统和脉冲增压系统两种(见图1)。恒压增压系统排气管结构简单,便于布置和维修,但是在部分负荷、起动、低速及加速时的性能较差。脉冲增压系统排气管需要把排气过程中没有或者很少重叠的气缸连到一根排气管上,以免相邻气缸间的排气干扰。脉冲增压发动机的加速性能和低速转矩特性较好[2]。改进后的发动机主要用于公交车以及中级载货车,对低速转矩特性要求较高。因此在设计时采用脉冲增压式排气管。利用Pro.E软件进行排气歧管三维设计,并利用AVL发动机仿真模拟软件保障排气歧管的流体模型顺畅,最终设计模型及零件实物见图2。
2)发动机缸垫。原发动机缸垫由主板与副板两层组成,主板厚度0.25 mm,副板厚度0.12 mm。发动机缸盖螺栓拧紧力矩为160 Nm。气缸垫在缸口部位紧固状态下厚度为0.5±0.02 mm(见图3-a)。
在使用增压器后,发动机缸内最大爆发压力可达13 000 k Pa,为保证发动机缸垫在使用过程中不被击穿,需要对气缸垫重新进行调整设计。
调整设计后的气缸垫由上、中、下3层组成,上下板厚度0.25 mm,中板厚度0.12 mm。发动机缸盖螺栓拧紧力矩为200 Nm,气缸垫在缸口部位紧固状态下的厚度为0.74±0.05 mm[3](见图3-b)。
3)增压器匹配。由于原发动机为自然吸气发动机,而且采用燃烧策略为当量比燃烧,因此选用增压器的压比不宜过大。在增压器匹配过程中发现市场现有的涡轮增压器出厂时其性能曲线已经基本确定,且跟本发动机所需要求相去甚远,具体表现为涡轮增压器的压比较低时,发动机高速性能不达标,而涡轮增压器压比较高时,发动机的低速热负荷过大。为了解决这一难题,采用了“低压比涡轮增压器+废气三通控制阀”的控制策略。
废气三通电控阀是用于控制增压器增压压力的电磁阀。它有3个φ6 mm通气接口,1端接调压器,3端接增压器控制阀,2端接空滤器前或直通大气(见图4)。
废气三通控制阀ECU控制涡轮增压器执行器的开关程度,实现了涡轮增压器在不改变增压器原有结构的基础上的压比可控,最大压比可提升20%以上。使用低增压比涡轮增压器,使发动机在低负荷时使用较低的压比,高负荷时通过ECU控制废气三通阀提高增压器压比。利用电控控制增压压比,既保证了发动机的低速性能与热负荷,又可以保证发动机高速性能。
3结束语
通过本文阐述的技术方案,采用“当量比燃烧+三元催化器+窄域氧传感器”的技术路线,利用“低压比涡轮增压器+废气三通控制阀”的控制策略,解决了自然吸气发动机增压化改造过程中低压比增压器性能曲线与发动机不契合的技术难题。将自然吸气CNG发动机升级改造为增压中冷式CNG发动机后,发动机的尾气排放满足GB 17691—2005第Ⅴ阶段的排放要求。发动机综合性能较原机型提升30%以上,低速转矩特性也有明显提升。两款发动机的外特性曲线见图5,升级改造后的发动机低速转矩特性与高速性能均有较大的提升,更适合于经常处于低速行驶状态的城市客车与载货车辆。
摘要：在自然吸气的CNG发动机基础上,通过涡轮增压设计,采用“增压中冷+当量比燃烧+三元催化+OBD”的技术路线,将原机升级改造为增压中冷式CNG发动机。升级后的发动机满足GB 17691—2005车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法(中国Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ阶段)中第Ⅴ阶段的排放要求,且发动机性能提高30%左右,性能曲线更加符合使用要求。升级后的发动机可用于7~9 m城市空调客车以及4~6 t载货车辆。
关键词：CNG发动机,涡轮增压设计,当量比燃烧,电控增压,压比控制
参考文献
[1]蒋德明,黄佐华.内燃机替代燃料燃烧学[M].陕西:西安交通大学出版社,2007.
[2]汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册(设计篇)[M].北京:人民交通出版社,2007.
增压发动机 篇10
【关键词】 涡轮增压器；工作原理；预防性维护；注意的事项；故障诊断；维修检查
一、涡轮增压器的工作原理
内燃机的基本工作原理及其同空气增压系统的关系。内燃机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率。发动机供油越多，黑烟就越浓。因此，超过空燃比极限后，增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气污染、废气温度升高，并使柴油机寿命缩短。由此可见，增加空气量的能力对发动机来说是多么重要。涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。废气驱动涡轮叶轮总成，它与压气机叶轮相连接，如图1 所示。当涡轮增压器转子转动时，大量的压缩空气被输送到发动机的燃烧室里。由于增加了压缩空气的重量，就可以使更多的燃油喷入到发动机里去，使发动机在尺寸不变的条件下而产生更多的功率。
二、涡轮增压器的优点
涡轮增压有许多好处。非增压发动机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气，而涡轮增压器向发动机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多，所以允许喷入较多的燃油，使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量发动机经增压后可产生与较大发动机相同的功率。其它还有节约燃油和降低排放等优点。由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气，燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。发动机进气管的空气保持正压力（大于大气压的压力）对发动机有几方面的好处。当发动机进排气门重叠开启时，新鲜空气吹入燃烧室，清除所有残留在燃烧室里的废气，同时冷却气缸头、活塞和气门。涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿（使其达到标准大气条件）。发动机和涡轮增压器相匹配，使进气管压力保持海平面大气压。而一台自然吸气的发动机，随着海拔高度的增加，其功率将下降。
三、涡轮增压器的预防性维护
多年的经验告诉我们，造成涡轮增压器事故的主要原因是润滑问题，例如润滑油供油滞后、节流或缺油和在润滑油里有杂质等。占第二位的原因是外来物体进入压气机叶轮或涡轮叶轮。要有良好的维护保养习惯，特别是对空气滤清器、润滑油品质和润滑油滤清器等的维护保养。因为涡轮增压器工作转速很高，所以良好的维护保养是非常重要的。适当的操作步骤和预防性的维护保养，可以保证涡轮增压器的使用寿命和良好性能。除了偶尔要对压气机进行清洗以外，不需要单独对涡轮增压器作周期性的维护保养。因为一般的维修人员没有专用设备是不能对涡轮增压器做校准和调整工作，并且涡轮增压器的润滑油是由它所在的发动机供应的。所以涡轮增压器的预防性维护保养主要是保证发动机与空气增压系统的完整性以及不让发动机以损害涡轮增压器和发动机自身的方式来工作。
四、使用中应注意的事项
应该鼓励车主遵守以下预防性措施，以确保涡轮增压器有最长的工作寿命：
1、在发动机润滑油压力建立以前，必须使发动机保持在怠速状态。
发动机在启动之后立即加速，会使涡轮增压器在其轴承还来不及得到充分润滑的情况下就以最大转速工作。涡轮增压器在润滑不充分的情况下工作会损坏它的轴承。重复地这样做会导致涡轮增压器过早地损坏。
建议操作者起动发动机后应先怠速运行3~5分钟。
2、在发动机停车之前，要使它的温度和转速逐步地从最大值降下来。
涡轮增压器的工作转速和连续工作温度都比其它机器要高。当发动机在最大输出功率或最大扭矩状态下工作时，涡轮增压器的转速和温度也达到最大值。当发动机在这一工作点突然停车时，会使发动机尤其是涡轮增压器出问题。这时需要发动机中速怠速或在轻负荷工况下工作一段时间，同时仍要保持发动机的润滑油压力和流过冷却系统的空气量不变。遵循这些准则可以防止涡轮增压器长期在缺乏润滑油的情况下运转，并可以防止涡轮增压器内部积碳现象，这是在热回吸的作用下使轴承或中间壳里的残留润滑油碳化而形成的。
建议操作者在停机前应先怠速运行3~5分钟。
3、预先润滑涡轮增压器。
在更换滑油或做任何维修（包括放出润滑油）之后，涡轮增压器需要进行预先润滑。在发动机启动前要将曲轴盘动几次。启动发动机后，在进入高速运转前，让它怠速一段时间，以建立起整个润滑油循环和压力。
4、低温时启动发动机必须谨慎。
当环境温度过低或车辆长时间不用时，会影响发动机建立正常的润滑油压力和流量。在这种情况下，发动机启动后必须怠速几分钟才能进入高速工作状态。
5、要避免发动机长时间的怠速。
当涡轮和压气机中气体压力过低和涡轮增压器轴的转速过低时，润滑油会通过密封件渗漏到涡轮和压气机中。
五、涡轮增压器故障诊断
在找出问题的原因之前，不能如通常所做的那样先轻率地把涡轮增压器从发动机上拆下来，而应该先检查和评估涡轮增压器的工作情况。现场出现的问题大多数可以通过系统故障诊断来解决。如果必须把涡轮增压器从发动机上拆下来，则在把软管、夹头和接头拆下来时，要确定接头是否是紧的，是否有漏气。因为一旦把涡轮增压器拆下来后，就很难证实产生这类问题的真正原因。
更换了新的涡轮增压器的立即出现故障可能与下列因素有关：（1）没有完全解决造成需要更换涡轮增压器的问题；（2）在更换涡轮增压器时产生的问题；（3）涡轮增压器本身有缺陷。
一台已经正常运行的涡轮增压器，在以后的日子里是不大可能再发现缺陷的。因为在涡轮增压器工作时，只要观察它的转速和温度就可以很快地发现问题。安装或发动机系统的问题也可以在更换涡轮增压器时立即暴露出来。
注意：如果涡轮增压器能自由转动并不擦内壳的话，就不要急于判定为涡轮增压器的问题。
必须强调的是，涡轮增压器根本不会改变发动机本身的工作特性。涡轮增压器不是一种能源，它唯一作用是向发动机提供更多的压缩空气，使发动机可以燃烧更多的燃油，从而产生更多的功率。它之所以能够工作完全是取决于发动机废气的流量、压力和温度。涡轮增压器是一个完整的工作系统中的一个主要部件。只是为了方便起见，才把涡轮增压器用螺栓安装在发动机的外面，但它的作用绝不亚于发动机的凸轮轴或活塞。涡轮增压器不可能纠正或克服诸如发动机燃油系统、发动机定时、空气滤清器堵塞、轴瓦故障等一类的机械故障或缺陷问题。因此，如果一台增压的发动机发生故障，而涡轮增压器已经被检查并已确定是工作正常的，那么就要象对非增压的发动机一样进行故障检修。简单地替换一台好的涡轮增压器并不能排除发动机本身的机械故障。
了解涡轮增压器在整个发动机工作系统中的作用，对成功地诊断和排除故障是非常重要的。同样，更好地了解涡轮增压器的一些特点会有助于判定涡轮增压器的损坏或缺陷以及每次都能一次就安装正确。下面的步骤是对发动机工作情况变化的综合评估。在发动机上进行故障分析也将有助于揭露任何外部的或与造成涡轮增压器故障有关的发动机的问题，这些故障必须被排除，以避免新换上的涡轮增压器的损坏。
特别提示：
1、做增压器检查时不能起动发动机，且必须要等到发动机冷下来后才能开始检查。
2、在不装进气管和不连接空气滤清器的情况下使涡轮增压器运转，会造成人员伤害。外来物体进入涡轮增压器内可能会造成机组损坏。
六、涡轮增压器维修检查
基本步骤如下：
1、目测和仪器检测
检查涡轮增压器的外部和安装情况。听一听是否有不正常的机械噪声。目测一下是否有漏气、堵塞、温度过高、节流或叶轮碰壳体的情况。在怠速或低功率时看起来似乎是少量的、不严重的系统漏气，在额定负荷时会严重地影响发动机的空燃比和涡轮增压器壳体中的气体压力。所以一旦这种漏气发生，在额定负荷时将会产生严重问题。
a、听一听是否有不正常的机械噪声并看一看振动情况。
b、听一听是否有高频噪声，这可能表明有空气或燃气泄漏。
c、听一听周期性噪声的程度，这可能表明在空气滤清器和管道中有节流。
d、检查螺母、螺栓、压板和垫片是否有漏装或松动现象。
e、检查发动机进排气管及其管道和固定件是否有松动和损坏。
f、检查润滑油进出管道是否有节流或损坏现象。
g、检查涡轮增压器壳体是否有裂纹或损坏。
h、检查外部润滑油或冷却介质是否有泄漏，检查涡轮增压器外表面是否有污物沉淀(表明空气、润滑油、排气或冷却介质泄漏）。
i、检查是否有明显的热变色。
j、 检查空气滤清器是否有明显的节流现象。
k、查废气放气阀是否有自由运 动和损坏。必须确保软管情况良好，接头是紧的。按照设备的原始规范来检查校准和控制系统。
2、核实涡轮增压器的结构参数对该用途来说是否是正确的
记住：这些问题被排除的本身往往不会除掉作为故障指示物的残留物。这些残留物的存在常常会引起对涡轮增压器的不准确评价。当问题已经被排除而残余物仍旧保留着时，会造成对涡轮增压器的错误评价。例如，若在检测前已先把空气滤清器调换成新的，但是残留物（如发动机进气管中由于以前节流时残留的润滑油助保留着，会使您错误地认为残留物不是节流造成的，而是别的原因造成的，人人而得出不存在空气阻塞的结论，即使残留物证明可能发生过节流。
在完成故障诊断的其余部分之后，再排除任何安装上的问题。如果涡轮增压器的零件损坏了，则应当先更换零件，然后再进行校正，以防重新产生问题。
废气涡轮增压器是由废气驱动的涡轮和径流式压气机组成的，它们分别被安装在轴的两头并有各自的铸造壳体。轴本身被安装在中间壳中并由中间壳来支撑。中间壳的两侧分别同压气机壳和涡轮壳相连接，典型的涡轮增压器转速可以在100000转/分以上。
涡轮
涡轮部分是个向心式的径流或混流装置，由铸造的涡轮叶轮、叶轮隔热罩及涡轮壳组成，进气口位于涡轮壳的外直径处。废气流进涡轮，经叶轮叶片，从涡轮壳直径的中心部位流出。
压气机
压气机部分是个离心式或径向外流式装置，由铸造的压气机叶轮、后盖板及压气机壳组成，进气口位于压气机壳直径的中心部位处。空气在压气机内向外流，经叶轮叫片，从压气机壳的外直径处流出。
中间壳和转子
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