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1、摘 要本文主要研究发动机增压技术的应用现状、工作原理、技术特点及发展前景。阐述了发动机增压技术的作用和目的以及增压方式分类。阐述了发动机的废气涡轮增压技术的研究意义及发展现状。 介绍了废气涡轮增压系统中各组成部件的作用及工作原理;介绍了增压器的结构和工作原理。 提出了目前汽油机增压的难点、可能遇到的问题和针对这些问题应采取的措施。论述了发动机涡轮增压技术发展趋势及前景。关键词：发动机增压技术增压，发展现状，工作原理，汽油机，发展趋势AbstractThis paper studies the application status of the engine turbocharger techn
2、ology, working principles, technical characteristics and development prospects. Describes the role of technology and the supercharged engine and the supercharger way classification purposes. Describes the engine exhaust turbocharger technology research and development status of significance. Turboch
3、arged system introduced in the role of the various component parts and principle; describes the structure and turbocharger work. Presented difficulties in the current gasoline engine turbocharger, the likely problems and these problems should be taken. Turbocharged engine are discussed and future te
4、chnology trends. Keywords: Supercharged engine supercharger technology, Development status, Working principle, Gasoline, trends目 录摘 要I前 言11发动机增压概论21.1发动机增压的作用和目的21.2发动机增压方式31.2.1机械增压31.2.2涡轮增压42发动机增压技术应用现状及特点52.1增压技术的发展状况52.2涡轮增压研究现状52.3涡轮增压技术特点73废气涡轮增压的原理93.1离心式压气机的工作原理93.1.1空气在压气机中的流动93.1.2压气机的绝热效
5、率113.1.3压气机的特性曲线113.2径流式涡轮机的工作原理123.2.1燃气在涡轮机中的流动123.2.2涡轮机的特性134汽油机增压144.1汽油机废气涡轮增压研究意义144.2汽油机增压的特点144.3汽油机废气涡轮增压的障碍154.4车用涡轮增压汽油机参数匹配特点154.4.1抑制爆振燃烧和降低热负荷154.4.2改善涡轮增压汽油机的扭矩特性164.4.3改善涡轮增压汽油机的加速性164.4.4喷水技术在汽油机增压中的应用174.4.5汽油机增压的发展175发动机增压技术的发展趋势205.1可变截面涡轮增压器205.2新工艺、新材料205.3新理念21结 论22致谢23参考文献24
6、前 言随着现代科学技术的高速发展，对于发动机的功率要求也越来越高，因此就需要不断提高发动机的动力性。提高发动机升功率的最有效措施是提高发动机进气管中的冲量密度，即采用增压技术。增压按其定义是在增压器中压缩进入发动机进气管前的冲量，增加进气管中冲量的密度，使得进入汽缸的实际进气量比自然吸气发动机的近气量多，来达到增加发动机功率的目的。增压器所需能量来源的不同，一般可分为机械驱动式增压和废气涡轮增压两类。机械增压将使内燃机的机械效率降低，废气涡轮增压是最有效的增压方式。1905年，苏尔寿兄弟研发公司的总工程师阿尔佛雷德J波西博士在瑞士温特图尔首次提出了涡轮增压的概念，并于当年的11月16日，被德国
7、专利局授予了第204630号专利“内燃机辅助增压器技术”，这标志着涡轮增压技术正式诞生。波西也被公认为涡轮增压技术的创始人。1912年，世界上第一台废气驱动的增压器正式问世，1961年，小轿车开始尝试性地安装增压器，但因为瞬间产生的巨大压力和热量，使安装后效果并不理想。经过百年的不断发展，涡轮增压技术已经日趋成熟和完善。随着涡轮增压技术的普及、深入，有关涡轮增压方面的新技术、新工艺、新材料、新理念开始不断涌现。涡轮增压器根据废气在涡轮机内不同的流通方向，可分为径流式涡轮与轴流式涡轮两大类。大中型柴油机多采用轴流式涡轮增压器，而对于车用内燃机则采用径流式涡轮增压器。径流式涡轮增压器由离心式压气机
8、和径流式涡轮机这两个主要部分，以及支承装置、密封装置、冷却系统、润滑系统所组成。车用汽油机的速度和功率范围宽广，工况变化频繁，扭矩储备要大，这些在采用废气涡轮增压后，不采取特殊措施，会限制它的推广。汽油机的过量空气系数比较小，所以工作温度比柴油机高，增压后尤为突出。而且汽油机空燃比由于工作循环的性质决定，仍需限制在较浓的狭窄范围内，又不能用较大的气门重叠角使较多的扫气空气来降低燃烧室零件和排气的温度。对增压汽油机来说，进入汽缸的混合气，因受压气机压缩的影响，其温度一般要比非增压高。又由于增压汽油机的热负荷高，燃烧室和气缸的壁面温度较高，对新鲜充量的热辐射和热传导都将增加，这也会导致焰前反应的增
9、加，促使正常燃烧速度增加，但对未燃混合气的压爆作用也增强。随着新材料、新技术、新理念的出现，发动机增压技术正朝着高效率，精减系统的零部件，简化在机器上的安装，延长大修间隔期，减少维修工作量及维修工时，保证在整个寿命周期更低的运行成本的趋势不断发展。本课题针对发动机废气涡轮增压技术，阐述其工作原理，介绍了废气涡轮增压的增压器和发动机的匹配过程，探讨了涡轮增压技术特点、优势，分析了增压技术的发展趋势。1发动机增压概论1.1发动机增压的作用和目的随着科学技术不断发展和进步，现代社会对各种动力装置的动力性能要求越来越高。对汽车的动力要求更加迫切，因此就需要不断提高汽车发动机的强化程度。评价发动机强化程
10、度的主要动力指标是升功率，升功率可用下式表示:=/ （1-1）式中: -平均有效压力-发动机冲程系数-发动机标定转速，r/min.在一定的冲程系数时，升功率可有两种方式提高：提高平均有效压力或提高标定转速。提高转速时升功率提高的幅度不大，因为其受到燃烧恶化、容积和机械效率的急剧降低、使用可靠性下降、发动机振动和噪声加大以及工作寿命缩短等原因的限制。一般中型高速柴油机的转速不超过3000r/min，相应的活塞平均速度为12-13m/s。汽油机的转速一般也不超过6000r/min。提高升功率的第二个途径是提高平均有效压力，提高时发动机机械负荷及热负荷不成比例增加，因此允许作大幅度提高，甚至可成倍增
11、长。= （1-2）式中 -燃料低热值 -过量空气系数 -燃烧lkg燃料所需理论空气量 -发动机指示效率 -发动机机械效率 -发动机的充气效率 -气缸中的充气密度 式中，及是常数，而对于非增压四冲程柴油机。三个效率的提高是有限的，于是非增压柴油机的强化主要是靠减小来实现的，但是过分减小会导致发动机热应力提高，燃烧过程恶化，冷却系带走的热量增加，还会使发动机的指示效率下降。 所谓增压，就是借助于装在发动机上的专用增压装置，预先压缩进入气缸的空气，以提高进入气缸中的充气密度。增压的作用是在气缸容积一定的情况下，充气密度越大，新鲜空气的绝对量越大，就可以喷入较多的燃料进行燃烧，发动机就能发出更大的功率
12、。增压后发动机功率的增长程度常以增压度表示， （1-3） 式中-增压后的充气密度 -增压前的充气密度 由公式可以看出，增压度的大小取决于充气密度的提高程度，而，故充气密度的提高，除了提高进气压力以外，还可以降低进气温度。于是为了增强增压效果，特别是在高增压情况下需要采用进气冷却措施，中冷除了可以提高充气密度以外还可以相应降低排气温度，对降低发动机热负荷也是有利的。关于增压程度的划分目前尚无统一的规定，但通常以增压压力划分。一般划分的范围为: 低增压 0. 35MPa (2.OMPa)1.2发动机增压方式发动机增压按其增压方式可分为四类:（1） 用专门增压装置的增压，包括惯性增压、动力增压、谐波
13、增压等;（2） 机械增压:通过发动机直接驱动压气机，以提高进气压力的增压方式。（3） 发动机废气能量驱动增压器，分废气涡轮增压和气波增压两种;（4） 复合增压，同时采用机械式和废气涡轮式两种形式的增压。1.2.1机械增压机械增压器由发动机曲轴经齿轮增速器驱动或经同步齿形带及电磁离合器驱动。早期较多采用离心式压气机，近年来发展了各种转子式、叶片式增压器。一般不超过0. 17MPa，否则压气机功率消耗过大，使整机的机械效率下降，导致燃油消耗率增加。采用机械增压时，涡轮增压远远高于排气背压，所以机械增压发动机的加速性优于涡轮增压发动机，而且发动机的泵气损失小。在增压器发展历程中，早期多采用机械增压，
14、后来被涡轮增压取代。近来由于汽油机的转速范围越来越宽，涡轮增压器与其匹配存在一定的困难，再加上小轿车对加速性的要求也越来越高。涡轮增压器己经难以胜任，于是又重新启用机械增压。而且目前小功率汽油机转速高达4000-6000r/min，新发展的机械增压器转速也只有10000r/min左右，只需传动比为2左右的皮带传动即可。同时小功率发动机的增压度不高，0.17MPa，这正是机械增压器的适用范围。机械增压的特点是能有效地提高发动机功率，与涡轮增压相比，其低速增压效果更好。另外，机械增压器与发动机容易匹配，结构也比较紧凑。但是，由于驱动增压器需要消耗发动机的功率。1.2.2涡轮增压废气涡轮增压是将发动机排出的部分能量转化为机械能，从而带动同轴的压气机叶轮旋转，压气机将压缩后的空气充入气缸实现增压。优点:（1）发动机重量和体积增加很少情况下，发动机不需作重大改变很容易提高功率20%-50%。由于不像机械增压时增压比受到限制，故近年来高增压的趋势越来越明显。高增压时功率提高甚至可大于100%。 （2）由于废气能量的收回发动机经济性会明显的提高，一般由于废气能量的回收能提高经济性3%-4%，再加上相对地
