车用汽油机增压
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1.增压的概念、目的、类型:增压是在发动机进气过程中预先把空气压缩,然后再供入汽缸,以此提高进气密度,增加进气量的一项技术。
目的:增加发动机功率;改善燃油经济性;控制排放。
类型:机械增压,废气涡轮增压,气波增压。
2.汽油机增压有哪些困难?采取哪些措施?困难:(1)汽油机增压后爆震倾向增加(2)由于汽油机工况混合气的过量空气系数小,燃烧温度高,因此增压后汽油机和涡轮增压器的热负荷大(3)车用汽油机工况变化频繁,使用转速和功率范围宽,致使涡轮增压器与汽油机的匹配困难(4)涡轮增压汽油机的加速性较差措施。
措施:发展乘用车汽油机的增压技术,发展汽油喷射发动机和电控技术,改善增压器性能。
3.基本术语:上止点:活塞顶离曲轴回转中心最远处,及活塞最高位置下止点:活塞顶离曲轴回转中心最近处,及活塞最低位置发动机排量:内燃机所有气缸工作容积的总和称为内燃机的排量压缩比:压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后气缸中气体的最小容积之比(即汽缸容积与燃烧室容积之比称为压缩比)4.四冲程汽油机、柴油机工作原理:四冲程汽油机:进气:活塞在曲轴带动下由上止点移至下止点,此时排气门关闭,压缩:进气行程结束后,活塞在曲轴带动下由下止点移至上止点,此时进排气门都关闭,其压力和温度同时升高,做功:压缩行程结束后,在气体压力的作用下,活塞由上止点移至下止点,并通过连杆推动曲轴旋转做功,进排气门关闭,排气:排气行程开始,排气门开启,进气门任然关闭四冲程柴油机:进气,压缩,做功,排气四个行程,进排气门的开关和曲轴连杆机构的运动与汽油机完全相同,由于便用性能不同,使其在混合气行程方法及点火方式有着根本差异。
5.活塞环类型:气环和油环6.V型发动机连杆类型:并列连杆式,叉形连杆式,主副连杆式7.缸体曲轴箱结构形式:一般式气缸体,龙门式气缸体,隧道式气缸体8.曲拐的布置原则:(1)应该使连续做功的两个汽缸相距尽可能远,以减轻主轴承载荷和避免在进气行程中发生抢气现象(2)各汽缸发火的间隔时间应该相同(3)V型发动机左右两列应交替发火9.曲轴的平衡重平衡机构平衡对象?设计配合机构几种做法:平衡重:曲轴平衡重用来平衡旋转惯性力和力矩平衡机构:平衡机构用来平衡往复惯性力及其力矩10.为什么设曲轴扭转减振器?当发动机转矩的变化频率与曲轴转动的自振频率相同或成整数倍时,就会发生共振,共振是扭转振幅增大,并导致传动机构磨损加剧,发动机功率下降,甚至曲轴断裂,为了消减曲轴的扭转振动,现代汽车发动机多在扭转振幅最大的曲轴前段装置扭转减震器。
大众,EA111,1.4TSI发动机增压的技术问题及其解决方案摘要:从基本原理方面来说,汽油机增加和柴油机较为相似,但是从技术方面而言要大大的难于柴油机。
这是因为汽油机增压之后爆震倾向提高,热负荷增多,同时增压系统更加复杂。
以前除开高强化汽油机的赛车以及高原行驶车辆之外,普通的汽油机很少应用。
上世纪七十年代开始,全球很多国家尤其是发达国家,城市噪音污染日益严重,加之石油危机的出现,迫使汽油机增压技术必须更快的向前发展。
本文主要讲述了增压问题及其解决方案。
着重论述了存在的关键性技术问题:排温过高、爆燃、热负荷等。
涡轮增压;爆燃;热负荷;增压中冷1汽油发动机增压技术的难点1.1爆燃倾向增大爆燃是气缸内未燃部分混合气在火焰前锋到来之前自行燃烧,在气缸内形成无方向的爆炸燃烧。
由于爆燃出现后,缸内压力曲线产生高强度的波动,另外发动机会出现一种高频金属敲击声,故又称为敲缸或爆震。
增压让压缩终了混合气的温度与压力逐渐增加,造成爆燃倾向提升。
汽油机因为受到爆燃限制,压缩比减少,所以导致燃烧膨胀度不足,造成排气温度提升。
1.2热负荷加重汽油机混合气浓度范围较窄,燃烧过程中过量空气不多,导致单位数量混合气的发热量提升,同时由于汽油机无法借助于提高扫气来让零件冷却,所以让汽油机增压之后的热负荷有所提升。
1.3混合气的控制汽油机一般为变量调节,化油器式发动机在增压过程中,气体通过化油器喉口的压力处于变化状态,不但无法非常准确的供应某种浓度的混合气,同时还提供了类似于增压方案选择、化油器密封以及加速响应性能等一些问题。
电控汽油喷射技术的应用,为增压技术在汽油机中的应用扫除了一大障碍。
1.4汽油机与增压器匹配困难和柴油机比起来,汽油机转速范围更宽,从低速到高速混合气质量明显变化。
节气门打开后,增压器会在一定程度上滞后;增压后发动机排气温度提升,非常容易导致增压器损坏;可能存在低速状态下增压压力不够,高速状态下压力增加且寿命不足的问题。
汽油机增压的技术问题及其解决方案摘要:汽油机增压,虽然在增压原理上与柴油机增压基本相同,但在技术上要比柴油机增压困难得多。
主要由于汽油机增压后爆震的倾向增大,热负荷增高,且增压系统较为复杂。
过去除高强化汽油机的赛车和高原行驶车辆采用增压技术外,一般汽油机很少应用。
20世纪70年代后,世界各地特别在发达国家,城市污染与噪声已成公害,再加上石油危机,这就促使汽油机增压技术得到较快的发展。
本文主要讲述了增压问题及其解决方案。
着重论述了存在的关键性技术问题:排温过高、爆燃、热负荷等。
关键词:涡轮增压爆燃热负荷增压中冷一、汽油机增压技术的难点(一)爆燃倾向增大爆燃是气缸内未燃部分混合气在火焰前锋到来之前自行燃烧,在气缸内形成无方向的爆炸燃烧。
因爆燃发生时,缸内的压力曲线出现高频大幅度波动,同时发动机会产生一种高频金属敲击声,故又称为敲缸或爆震。
增压使压缩终了混合气的温度和压力趋于升高,致使爆燃的倾向增大。
汽油机由于受爆燃限制,压缩比ε较低,因而造成燃烧膨胀不充分,致使排气温度较高。
(二)热负荷加重汽油机混合气的浓度范围窄,燃烧时的过量空气少,造成单位数量混合气的发热量大,又因为汽油机不能利用加大扫气来冷却受热零件,因此使得汽油机在增压后的热负荷偏高。
(三)混合气的控制汽油机采用变量调节,化油器式发动机进行增压时气体流经化油器喉口的压力是变化的,不仅难于精确供应一定浓度的混合气,还增加了一些如增压方案的选择、化油器的密封、加速响应性能等新问题。
电控汽油喷射技术的应用,为增压技术在汽油机中的应用扫除了一大障碍。
(四)汽油机与增压器匹配困难与柴油机相比,汽油机的转速范围宽,从低速到高速混合气质量变化大。
当节气门突然开打时,增压器相应滞后;增压后发动机排气温度高,易造成增压器损坏;并出现低速时增压压力不足,高速时增压压力过高及寿命降低的情况。
二、汽油机涡轮增压的主要技术措施(一)汽油机增压爆燃的技术措施1、降低压缩比ε降低压缩比可以降低压缩中了混合气的温度Ta,控制爆燃的发生,正是增压后解决爆燃的常用方法。
三、汽油机采用废气涡轮增压技术主要面临什么技术问题,请你综述一下汽油机采用废气涡轮增压技术的应用现状和发展趋势?
答:废气涡轮增压技术和废气涡轮增压器在柴油机上已经得到大量的使用和装配,是柴油车发展的一种必然趋势。
但是在提高汽油机废气涡轮增压技术存在不少问题和障碍,这些问题和障碍限制了废气涡轮增压技术在汽油机上的应用。
汽油机采用增压技术与柴油机相比存在以下一些障碍,表现为:(1)汽油机增压易发生爆燃。
增压使压缩终了混合气的温度、压力趋于升高,致使爆燃的倾向增大。
汽油机由于受爆燃限制,压缩比较低,因而造成膨胀不充分,致使排气温度较高,热效率下降。
(2)汽油机增压热负荷大。
汽油机混合器的浓度范围窄,燃烧时的过量空气少,造成单位数量混合气的发热量大。
同时,汽油机又不能通过提高气门重叠角加大扫气来冷却受热零件,造成汽油机在增压后的热负荷偏高。
汽油机增压后热负荷大又促使爆燃倾向的发生。
(3)汽油机与增压器匹配困难。
与柴油机相比,汽油机的转速范围宽,从低速到高速混合气质量流量变化大。
当节气门突然开大时,增压器响应滞后造成动力响应的滞后。
汽油机增压后发动机排气温度高,易造成增压器损坏,并出现低速时增压压力不足,高速时增压压力过高及寿命降低的情况。
汽油机采用涡轮增压的应用现状:近年来,在汽车市场整体火爆的影响下,涡轮增压汽油车的销量也实现了快速增长。
2010年,我国装配涡轮增压技术的汽油车销量达zTlJ56.54万辆,同比增长了86%。
201 1年,新骐达1.6T、上海大众全新帕萨特(NMS)I.6T和2.OT 等多款车型的上市带动涡轮增压汽油车销量的增长。
除途安等少数SUV车型和瑞风等少数MPV车型之外.国内涡轮增压汽油机多装配在轿车上。
近几年来,随着汽油机涡轮增压技术水平的不断提高,轿车涡轮增压技术的装配率呈小幅上涨趋势。
201 0年,轿车中涡轮增压汽油机的装配率接近6%。
201 1年前6个月装配率超过了6%,为6.57%,未来装配率还有望进一步提高。
金融危机以来,在1.6L及以下购置税减征和小排量乘用车消费税税率降低等政策的影响下。
涡轮增压技术开始逐渐应用在小排量汽油机上。
涡轮增压汽油机的小型化可以带来材料成本的降低,同时,还能降低尾气中CO。
和NO的含量。
符合日益苛刻的环保标准的要求。
大众汽车集团在涡轮增压技术领域处于全球领先地位。
其开发的多款涡轮增压汽油机已越来越多地应用于大众国内合资公司旗下的车型,大众车系因此成为配备涡轮增压技术的主力。
2005~2010年,一汽大众和上海大众的涡轮增压汽油车的累计销量分别为75.91万辆和68.26万辆,占总销量的49%和44%。
市场占有率超过90%。
而上汽、华晨和奇瑞等自主车企的涡轮增压技术起步较晚,涡轮增压汽油机的市场份额较低。
2005~201 0年,三家企业的累计销量仅有4,23万辆,市场份额不到3%。
缸内直喷技术能使燃油在极高的压力下直接喷入到燃烧室中,能有效优化进气混合效率。
使燃料燃烧更充分,在涡轮增压的基础上增加缸内直喷技术后,会同时具有传统汽油机高速大功率和柴油机低速大扭矩的特性,使汽油机的动力更强。
响应更快,而油耗和排放更低。
涡轮增压结合缸内直喷技术的优越性,使得以大众合资公司为代表的企业纷纷燃烧效率更高。
汽油机采用两者结合的技术,以实现节能减排的目的。
2011年6月底,在售的轿车中有38款车型配备了涡轮增压技术,其中有33款车型采用了涡轮增压结合缸内直喷技术。
2010年,国内轿车涡轮增压器的配套被3家有外资背景的企业垄断。
这3家生产企业分别是长春富奥石川岛增压器有限公司、博格华纳汽车零部件(宁波)有限公司和霍尼韦尔涡轮增压系统(上海)有限公司,市场份额分别为52%、44%和4%。
国外发展现状
车用汽油机领域,1962 美国GM 公司就有增压汽油机问世,可是由于汽油机存在爆震和运行范围窄等难题,使汽油机涡轮增压技术的应用受到了很大限制。
进入新世纪以来,
特别是新的排放法规对CO2、NOx 等的排放要求越来越严格,对于增压汽油机的研究取得突破的进展。
2008 年度国际发动机大奖(International Engine of the Year Awards) 中,宝马3.0 直六双涡轮发动机同时拿下2.5 升至3.0 升最佳发动机与年度国际发动机大奖的,代表涡轮增压技术在发动机领域获得高度肯定。
同时,除了宝马 3.0 直六双涡轮发动机外,另外还有多达6 个最佳发动机奖项是由涡轮增压发动机拿下。
可以说在国际上,汽油机涡轮增压技术已经成为汽油机发展新技术的主流方向之一。
汽油机采用涡轮增压的发展趋势:复合增压技术是指在涡轮增压的基础上串联机械增压的技术。
由于复合增压技术对油品品质的要求较高,且配备复合增压技术车型的维护成本较高,因此,国产车型中还没有配备复合增压技术的车型。
但是,由于复合增压技术相对单涡轮增压技术存在性能上的优势,未来国产车型有望采用涡轮一机械复合增压技术。
未来,一些先进的柴油机涡轮增压技术将逐渐应用于汽油机,主要有:
(1)可变截面涡轮增压技术
当发动机转速较低时,产生的废气不足以推动涡轮运动,就会出现“涡轮迟滞”的现象。
可变截面涡轮增压技术能有效解决“涡轮迟滞”的问题,使发动机在高速和低速下都能获得充足的进气量。
在柴油发动机领域,可变截面涡轮增压技术已得到了很广泛的应用。
但是。
由于汽油机的排气温度要远远高于柴油机,一般增压器的硬件材质很难承受如此高温的环境,因此可变截面涡轮增压技术迟迟未能在汽油机上运用。
博格华纳
与保时捷联手克服了这个难题,使用耐高温的航空材料,开发出了首款搭载可变截面涡轮增压技术的汽油机。
随着科技的发展,更多耐高温材质将相继推出,更多汽车厂家将在汽油机中应用可变截面涡轮增压技术。
(2)电辅助涡轮增压技术
电辅助涡轮增压技术是将电动机/发电机安装在涡轮增压器的轴上,由电控单元控制工作状态。
利用功率调节器来缓冲电动机/发电机和电池之间的能量转换过程。
保证电动机和发电机工作的平稳。
国外的底特律柴油机公司、霍尼韦尔、日本三菱重工已经生产出柴油机的电辅助涡轮增压器产品,汽油机的电辅助增压器产品还处于研发阶段。
(3)相继涡轮增压技术
相继涡轮增压技术是将多个增压器并联布局,利用控制阀门来调节各个增压器的工作。
国外已将该技术广泛应用于船舶、舰艇用的大功率高速柴油机以及跑车上;国内还处于研究试制阶段。
未来,涡轮增压器的发展趋势可能有:涡轮增压器的产品性能将得到进一步提升;涡轮转子的陶瓷化和压气机叶轮的树脂化趋势使产品更加轻量化和小型化:采用更加新型耐高温材料,如钛铝合金、镍合金等,可靠性和耐热性将不断改善。