机械增压发动机.ppt

内容
1、背景
2、二种增压系统比较
3、机械增压器结构和工作原理
4、机械增压发动机布置
5、附件轮系的设计
6、与基础发动机优化匹配
7、试验结果
8、小结
背景
随着我国和其他国家的汽车燃油消费税法很快实施,大排量的汽车燃油消费税将上调,燃油税法鼓励发动机向小排量方向发展,为了给用户提供享有最大免税优势的发动机,同时又保持并达到大排量发动机动力性要求,那么在现有自然吸气发动机上进行技术改造,采用增压技术是值得考虑的一个重要途径。
汽油发动机常用的两种增压方式:机械增压和涡轮增压。由于涡轮增压器的迟滞效应,导致车辆加速性能较差,往往会影响到车辆驾驶性能,而机械增压器则有着良好的瞬时响应特性,又因其性能可靠,在低速部分负荷区域油耗较低,越来越受到设计者的重视。机械增压器是一种强制性容积置换泵,简称容积泵。它通过附件皮带来驱动增压器工作。可以增加进气管内的空气压力和密度,往发动机内压入更多的空气,使发动机每个循环可以燃烧更多的燃油,从而提高发动机的升功率和平均有效压力,使汽车动力性、燃油经济性和排放都得到改善。
在乘用车用的汽油发动机领域,小排量发动机采用各种不同增压方式来提升发动机动力性和经济性是今后汽油发动机发展趋势,涡轮增压系统与汽油发动机优化匹配在国内已经积累大量的实际经验,机械增压系统与汽油发动机设计匹配有其特殊性,这种增压发动机在国外已大批量使用,国内机械增压发动机在乘用车上很少使用,也几乎没有机械增压发动机设计优化的资料和文章来探讨而被忽视。
两种增压系统的比较
1、高增压性能 涡轮增压器在高工况下具有良好的高增压性能,这是机械增压器所不及的, 。
2、低速特性
涡轮增压器的增压压力跟它的转速有密切的关系。在发动机低速範围内由于废气流量较小,涡轮增压器本身的转速较低,增压压力和增压空气流量不可能很高。这就使涡轮增压发动机的低速扭矩受到限制,必须采取谐波增压或变截面喷嘴技术应对。机械增压器的低速扭矩及汽车加速性能良好,较涡轮增压器优胜。
3、对催化转化器起燃特性的影响
涡轮增压器插在发动机排气口和催化转化器之间,耗费了废气内能,使进入催化转化器的废气温度降低,延长催化转化器起燃时间,影响发动机起动和起动後暖机阶段有害物质的净化。机械增压器跟排气系统不相干,不会影响催化转化器的起燃特性。从欧洲第三阶段排放法规开始,取消了这40秒钟怠速,特别是汽油机,排放测试循环中起动和起动後暖机阶段从排气管采集到的碳氢化合物和一氧化碳大量增加,并形成整个测试循环废气排放量的大部分,故强调催化转化器起燃快。因此,在推行欧洲第三阶段排放法规时,机械增压器用于汽油机特别有利。
4、瞬时响应特性
虽然涡轮增压系统可以提供更高的有效压力,但它加速性能差、热负荷问题严重以及可靠性差。而机械增压发动机独有的优点:瞬时增压响应突出,提高了驾驶性能,增压器直接由曲轴驱动和引擎的动作同步, 直觉上油门反应快,无涡轮增压发动机的滞后、不稳定的弱点,几乎是一离开怠速便开始有线性、实时的增压, 尤其是车辆在发动机的中低速时,操纵驾驶时动力强劲的感觉就如装上大排量的自然吸气发动机,提供独一无二的驾驶乐趣。(发动机转速在2000转/分钟),—(Turbocharger)发动机,—(Supercharger)发动机。
机械增压的正压做功区域图
涡轮增压器的负压做功区域图
6、机械增压更适合非直喷汽油机。
机械增压适用于非直喷汽油机,涡轮增压适用于柴油机和直喷汽油机 涡轮增压的根本特点是,它所能处理的质量流量跨度範围比较小,当质量流量增幅达到一定程度,就必须让部分流量通过放空阀旁通。这给发动机的工作过程带来一些不利的因素。恰恰在质量流量的跨度範围这一点上,柴油机跟汽油机有很大的差别。柴油机因为依靠变质调节的方式调节扭矩,没有节气门,每个循环吸入的空气量相差不大,其质量流量的差异主要由转速变动造成,:1左右。相比之下,传统的汽油机(指缸内直喷式汽油机GDI以外的汽油机)依靠变量调节的方式调节扭矩,通过节气门调节空气流量,随负荷的变动,每个循环吸入的空气量相差很大,加上汽油机转速的变动範围比柴油机大得多,所以汽油机的质量流量跨度範围可达75:1,接近于柴油机这个指标的12倍。这导致涡轮增压汽油机的瞬时工况较差。而采用机械增压就没有这个问题。 缸内直喷式汽油机在低工况下的节气门是全开,这跟柴油机差不多;只是在高工况下节气门开度才会随负荷变动而变动。所以GDI的质量流量跨度