增压器工作原理及其对发动机性能的影响.docx

第一章绪论1.1发动机增压系统发展的背景节能环保是汽车工业可持续发展的必由之路！国外如此，我国更会这样，尽管汽车工业已经成为我国的支柱产业，但节能环保问题正成为制约其快速发展的瓶颈。积极发展节能环保型汽车，符合我国能源供给实际和大众消费水平，有利于缓解能源紧张状况，保护环境，对于落实国家能源发展战略，加快建设资源节约型、环境友好型社会，具有重要意义。而汽车发动机效率低，尾气排放污染环境等问题日益激化，所以汽车增压技术应运而生，发动机增压系统不仅仅可以提高发动机工作效率而且可以提高发动机的动力性能。如今，装备增压器的车型正在逐渐被人所熟知，发动机增压技术从研发到大规模应用，走过了一个漫长的历史过程。这项技术根据工作原理的不同可以分为机械增压器、废气涡轮增压器、复合式增压器、惯性增压器、气波式增压器、冲压式增压器1.2几种常见的增压器1.2.1机械增压器所谓机械式增压器是指增压器的压气机转子由发动机曲轴通过齿轮、皮带或链条等传动装置来驱动旋转，从而将空气压缩并送入发动机气缸，达到增压的目的。这种增压器响应迅速，但由于需要额外的传动装置，机械式增压器的结构比较复杂，体积较大，同时还要消耗一定的发动机有效功率，因此燃料经济性会受到一些影响。图1.11.2.2涡轮增压器废气涡轮增压器则是利用发动机排出的废气能量来驱动增压器的涡轮，并带动同轴上的压气机叶轮旋转，将空气压缩并送入发动机气缸。由于废气涡轮增压器利用排气能量驱动，与发动机之间没有任何机械传动连接，使得它的机械效率更好。同时，它不需要复杂的传动机构，而通过不断的技术积累，传统废气涡轮增压器的涡轮迟滞现象也得到了很好的控制。因此成为目前应用最为广泛的发动机增压装置。图1.21.2.3复合式增压器复合式增压器也就是把机械增压器与废气涡轮增压器联合起来工作的增压装置，主要用于某些二冲程发动机上，借以保证发动机起动和低速负荷时有必要的扫气压力。复合式增压器还适合于排气背压较高的场合（如水下），但它的结构过于复杂，体积过大，多用于固定式机器，并不适合小型乘用车辆。1.2.3惯性增压器惯性增压器是利用空气在进气歧管中的惯性效应、脉冲波动效应及其综合效应来提高发动机气缸充气效率的方法。惯性增压器通过特殊几何形状的凸轮轴控制气门的开启角度及时间：气缸在前半个进气行程中，进气门只开启很小的通过截面，使气缸中形成一定的负压，当活塞走过半个进气行程后，进气门迅速开启，很快达到最大通过截面，此时空气以很高的速度冲入气缸。从某种意义上来说，惯性增压器在很大程度上推动了发动机技术的发展，目前的可变进气歧管长度技术及可变气门控制系统（如丰田的VVT-i技术）均得益于这一原理。1.2.4气波式增压器气波式增压器通过特殊的转子使废气与空气接触，利用高压废气对低压空气产生的压力波，迫使空气压缩，从而提高进气压力。气波式增压器具有充气效率高、低速扭矩大，加速性好等优点。但由于它的特殊结构，气波式增压器同样存在体积大、重量大、噪音大等缺点。另外，空气压力波对进、排气阻力过于敏感，要求进气滤清器及排气消声器和管道尽可能的加大尺寸并减小阻力。由于存在许多问题，气波式增压器目前仍处于研究试验阶段。1.2.5冲压式增压器冲压式增压器利用储气筒内的高压诱导空气，通过喷管将周围的空气引射入喷射器中，并在喷射器内混合，然后通过扩压管，把空气压缩到所需的压力进入气缸。虽然冲压式增压器结构简单，工作可靠，但该系统需要高压空气泵、储气筒等部件，由于其连续工作时间较短，因此在应用方面受到限制。目前，应用最为广泛的是废气涡轮增压器与机械式增压器，但机械式增压器只有小规模的应用。下面详细介绍涡轮增压器和机械增压器。1.3涡轮增压器的发展内燃机涡轮增压技术的应用至今已有70多年的历史。早在1923年,瑞士ABB公司生产的废气涡轮增压器就开始应用在船用柴油机上,它使该发动机功率陡然提高了40%,一时引起各方面很大的兴趣。但是直到50年代初,涡轮增压技术才开始进入汽车发动机领域。1953年,美国葛瑞特(Garrett)公司的涡轮增压技术在提高柴油机功率、改善燃油经济性方面前景十分广阔。从60年代起.国外开始在汽车用柴油机上大量采用涡轮增压技术的研究,并取得了一定的进展。例如美国的葛瑞特公司在1962年生产了一种T5型涡轮增压器,安装在奥滋莫比汽车发动机上使其功率从自然进气的116kw提高到增压机型的160kw。从60年代末到70年代,以美国为代表的发展国家开始逐步健全和贯彻严格的汽车排放法规这强制地推动了汽车涡轮增压技术以及后来出现的增压中冷技术的应用和发展,客观上有效地改善了汽车柴油机的效率降低了尾气中NOx的排放量。到70年代后期,国外汽油机涡轮增压技术取得了突破性的进展,可调增压和电控燃油喷射等新技术的应用有力地促进了涡轮增压技术在车用汽