汽车发动机原理报告

1、柴油机增压技术与汽油机增压技术特点与区别目录研究背景研究背景柴油机增压技术柴油机增压技术总结总结汽油机增压技术汽油机增压技术参考文献参考文献1 1、研究背景及发展趋势、研究背景及发展趋势1.11.1世界背景世界背景 增压技术首先在柴油机领域得到发展，增压技术首先在柴油机领域得到发展， 目前工业发达国家大中目前工业发达国家大中功率柴油机已全部采用增压技术，中小型车用柴油机增压也达功率柴油机已全部采用增压技术，中小型车用柴油机增压也达8080 。汽油机增压的发展相对较晚，技术水平也落后于柴油机。汽油机增压的发展相对较晚，技术水平也落后于柴油机。2020世纪世纪7070年代年代末国外汽油机开始逐渐采

2、用增压技术，并得到了迅速的发展和完善，末国外汽油机开始逐渐采用增压技术，并得到了迅速的发展和完善，1990 1990 年美国生产的汽油机已有年美国生产的汽油机已有1 14 4 采用了增压技术，采用了增压技术，19921992年国际市场年国际市场上出售的汽油机有上出售的汽油机有1515采用增压技术，目前国外的汽油机增压正处于完采用增压技术，目前国外的汽油机增压正处于完善和推广应用阶段。内燃机增压的先进技术主要集中于美国、德国和日善和推广应用阶段。内燃机增压的先进技术主要集中于美国、德国和日本。相对于柴油机而言，汽油机在小排量，本。相对于柴油机而言，汽油机在小排量， 尤其是轿车发动机领域，尤其是轿

3、车发动机领域，有其独特的应用优势及地位，有其独特的应用优势及地位， 所以汽油机的增压研究对于节约能源及所以汽油机的增压研究对于节约能源及提高汽车性能都具有重要意义。提高汽车性能都具有重要意义。1.21.2我国背景我国背景 汽油机增压的发展相对较晚，汽油机增压的发展相对较晚， 技术水平也落后于柴油机。我技术水平也落后于柴油机。我国国2 0 2 0 世纪世纪7 0 7 0 年代末开始研究汽油机增压，并在年代末开始研究汽油机增压，并在CA-10B CA-10B 和和DG26100-DG26100-1212机型上取得成功。机型上取得成功。2020世纪世纪8080年代末，清华、西安交大等几家高等院校年代

4、末，清华、西安交大等几家高等院校和内燃机厂也相继对和内燃机厂也相继对49ZQ49ZQ汽油机进行增压研究汽油机进行增压研究11。作为汽油机增压，。作为汽油机增压，除提高功率扭矩，还用于高原上恢复功率。由于受爆震的影响和热负荷除提高功率扭矩，还用于高原上恢复功率。由于受爆震的影响和热负荷的限制，增压度都不高，的限制，增压度都不高， 性能也不够完善，实际应用很少。到性能也不够完善，实际应用很少。到20012001年，年，只有少数车型采用增压，还没有国产车型。现在，只有少数车型采用增压，还没有国产车型。现在， 国内已开发出轿车国内已开发出轿车用增压柴油机和汽油机产品，用增压柴油机和汽油机产品， 如帕萨

5、特如帕萨特- -领驭领驭1.8T 1.8T 、大众、大众- -速腾速腾1. 8T 1. 8T 、奥迪奥迪A6L 2.0TA6L 2.0T等均采用了涡轮增压技术。等均采用了涡轮增压技术。1 13 3发动机增压的作用发动机增压的作用 增压的作用是，在气缸容积一定增压的作用是，在气缸容积一定 的情况下，充气密度越大，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，发进行燃烧，发动机就能发出更大的功率、增压后发动机功率的增长程度常以动机就能发出更大的功率、增压后发动机功率的增长程度常以 增压度增压度K K表示：表示： 式中式中s

6、s增压后的充气密度；增压后的充气密度； o o增压前的充气密度。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，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，而而s s=P=Ps s/RT/RTs s，故充气密度的提高，除了提高进气压力以外，还，故充气密度的提高，除了提高进气压力以外，还要降低进气温度。于是为了增强增压效果，特别是在高增压情况要降低进气温度。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，而中冷除了可以提高充气密度以外还下需要采用进气冷却措施，而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，并且对降低发动机热负荷也是有利的

7、。可以相应降低排气温度，并且对降低发动机热负荷也是有利的。2.柴油机的增压技术 2.1柴油机的增压原理：柴油机的增压原理： 所谓柴油机增压，就是将进入柴油机气缸内的空所谓柴油机增压，就是将进入柴油机气缸内的空气，利用一种装置预先进行压缩，提高其密度，并在气，利用一种装置预先进行压缩，提高其密度，并在供油系统的合理配合下，使更多的燃料得到充分燃烧，供油系统的合理配合下，使更多的燃料得到充分燃烧，从而使柴油机发出更大的功率。从而使柴油机发出更大的功率。 由于空气量增加，燃烧充分，所以还可提高柴油由于空气量增加，燃烧充分，所以还可提高柴油机的经济性和减少柴油机有害成分的排放。机的经济性和减少柴油机有

8、害成分的排放。 2.2柴油机主要增压方式：柴油机主要增压方式： 2.2.1废气涡轮增压：利用柴油机排出的废气，来驱废气涡轮增压：利用柴油机排出的废气，来驱动涡轮使其高速旋转。带动压气机工作动涡轮使其高速旋转。带动压气机工作,使空气的压使空气的压力提高，从而提高了空气的密度，达到增压、提高柴力提高，从而提高了空气的密度，达到增压、提高柴油机功率的目的。油机功率的目的。 2.2.2柴油机柴油机废气涡轮废气涡轮增压的特点：增压的特点：a. 经济性。经济性。废气涡轮增压技术提高废气涡轮增压技术提高了柴油机了柴油机降低燃油消耗率，降低燃油消耗率，主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面： 涡轮增压

9、回收了部分废气能量，所以使有效涡轮增压回收了部分废气能量，所以使有效功得到提高。由于回收废气能量可使功得到提高。由于回收废气能量可使油耗率降低油耗率降低3%-4% 涡轮增压后，进入柴油机的新鲜空气温度较涡轮增压后，进入柴油机的新鲜空气温度较高。改善了燃料的蒸发，加之空气量增加，高。改善了燃料的蒸发，加之空气量增加，油气油气混合混合更加均匀。使燃烧更完善充分，从而降低了更加均匀。使燃烧更完善充分，从而降低了燃油消耗率。燃油消耗率。 涡轮增压后，柴油机功率提高，机械摩擦损涡轮增压后，柴油机功率提高，机械摩擦损失相对减少，因而使失相对减少，因而使机械效率机械效率提高。从而提高了提高。从而提高了柴油机

10、的经济性，降低了油耗率。柴油机的经济性，降低了油耗率。b. 动力性。动力性。废气涡轮增压技术提高了动力性，主要表现在以下几废气涡轮增压技术提高了动力性，主要表现在以下几个方面：个方面： 增压后改善了增压后改善了燃烧燃烧，提高了燃烧效率，提高了燃烧效率 增压后柴油机的增压后柴油机的空气密度空气密度比非增压提高比非增压提高30%-200%以上，故进入缸内的空气量增大了以上，故进入缸内的空气量增大了30%-200%，加上合理的供油系统配合，就会有更多的油气混合物加上合理的供油系统配合，就会有更多的油气混合物进行燃烧，从而发出更大的热能，提高了柴油机的功进行燃烧，从而发出更大的热能，提高了柴油机的功率

11、。率。 涡轮增压后，柴油机有富裕的空气，可以通过涡轮增压后，柴油机有富裕的空气，可以通过大的气门重迭角对气缸进行扫气。从而大大降低活塞、大的气门重迭角对气缸进行扫气。从而大大降低活塞、缸盖、气门及排气的温度，使柴油机因缸盖、气门及排气的温度，使柴油机因提高功率热负提高功率热负荷升高的威胁得到部分缓解荷升高的威胁得到部分缓解。 c. 排放排放性能性能 增压后由于空气量增大，过量空气系数增加，而增压后由于空气量增大，过量空气系数增加，而且空气燃油混合均匀。所以因燃烧不完全而产生的且空气燃油混合均匀。所以因燃烧不完全而产生的CO和和HC下降。下降。 由于空气充足，燃烧充分，所以碳烟生成大大减由于空气

12、充足，燃烧充分，所以碳烟生成大大减小。试验结果表明，柴油机涡轮增压比非增压烟度可下小。试验结果表明，柴油机涡轮增压比非增压烟度可下降降20%-80%。 如果增压后再进行中冷，如果增压后再进行中冷，NOx也可以大大下降。也可以大大下降。 2.3机械增压：机械增压： 结构结构:机械增压器由发动机曲轴经齿轮增速器驱动，机械增压器由发动机曲轴经齿轮增速器驱动，或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带及电磁离合器驱或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带及电磁离合器驱动动 种类：离心式机械增压种类：离心式机械增压 基本式机械增压基本式机械增压 螺旋式增压器螺旋式增压器机械增压的特点机械增压的特点a.动力性动力性机械增压

13、通过传动装置直接使用了发动机曲轴的动力输机械增压通过传动装置直接使用了发动机曲轴的动力输出带动叶片增压，不需要发动机有较高的转速与排气压出带动叶片增压，不需要发动机有较高的转速与排气压力便可以启动力便可以启动 提高进气压力机械增压方式一般的提升动力出现在发动提高进气压力机械增压方式一般的提升动力出现在发动机处于中低转速时，可以较早的开始提升动力，并且提机处于中低转速时，可以较早的开始提升动力，并且提升动力的幅度较涡轮增压器要大升动力的幅度较涡轮增压器要大 由于其使用了发动机的输出动力驱动压缩叶片，在中高由于其使用了发动机的输出动力驱动压缩叶片，在中高转速时，会损耗较多的发动机动力输出甚至拖累发

14、动机转速时，会损耗较多的发动机动力输出甚至拖累发动机的动力输出。的动力输出。 b.燃油经济性和排放性能燃油经济性和排放性能 机械增压器是一种强制性容积置换泵，简称容积机械增压器是一种强制性容积置换泵，简称容积泵。它跟涡轮增压器一样，可以泵。它跟涡轮增压器一样，可以增加增加进气管内的进气管内的空气空气压力和密度压力和密度，往发动机内压入更多的空气，使发动机，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，从而提高发动机的每个循环可以燃烧更多的燃油，从而提高发动机的升升功率功率和和平均有效压力平均有效压力，使汽车动力性、燃油经济性和，使汽车动力性、燃油经济性和排放都得到改善排放都得到

15、改善。3.汽油机的增压技术a.燃油经济性燃油经济性 增压使发动机指示功率和有效功率都提增压使发动机指示功率和有效功率都提高了，也就是提高了机械高了，也就是提高了机械 效率，自然可以明效率，自然可以明显改善负荷区运行的经济性。增压不仅使功显改善负荷区运行的经济性。增压不仅使功率范围增大，而且高负荷的经济运行范围也率范围增大，而且高负荷的经济运行范围也扩大了。扩大了。b.排放性能 增压发动机的过量空气系数较大，使高增压发动机的过量空气系数较大，使高负荷的烟度、排气中的负荷的烟度、排气中的 C O C O 及及 HC HC 的成的成分减少。有害成分排放量仅为非增压内分减少。有害成分排放量仅为非增压内

16、燃机的燃机的 1/3 1/21/3 1/2。如果措施得当，。如果措施得当，NOx NOx 排出量也会明显降低。排出量也会明显降低。 采用中冷技术对减少有害排放物质更有采用中冷技术对减少有害排放物质更有利。增压发动机由于滞燃期短，压力升利。增压发动机由于滞燃期短，压力升高率低，可以使燃烧噪声降低。由于涡高率低，可以使燃烧噪声降低。由于涡轮增压器的设置，进、排气噪声也有所轮增压器的设置，进、排气噪声也有所降低，但低负荷效果不明显。降低，但低负荷效果不明显。c. .动力性动力性加速性能变差，增压器自身的惯性，使其对发动机加速性能变差，增压器自身的惯性，使其对发动机突变负荷的响应能力变差，因而其加速性

17、能变差。突变负荷的响应能力变差，因而其加速性能变差。为解决这一问题，可采用下列措施：采用脉冲增压为解决这一问题，可采用下列措施：采用脉冲增压；减小进、排气管道容积；采用放气调节或可变喷；减小进、排气管道容积；采用放气调节或可变喷嘴。嘴。发动机废气在经过做功冲程后在排气冲程被排出气发动机废气在经过做功冲程后在排气冲程被排出气缸，燃料通过燃烧所释放的总热量中缸，燃料通过燃烧所释放的总热量中25%25%以上被废以上被废气带走，有而废气中的可用能又约占废气总能量的气带走，有而废气中的可用能又约占废气总能量的60%60%。废气涡轮增压系统在利用着部分能量后，可。废气涡轮增压系统在利用着部分能量后，可提高

18、发动机功提高发动机功30%50%30%50%，降低比油耗率，降低比油耗率 5%5%左右，有左右，有利于改善发动机动力性能，经济性能及排放品质。利于改善发动机动力性能，经济性能及排放品质。4.4.总结总结a.a.机械增压的比较机械增压的比较 柴油机因为依靠变质调节的方式调节扭矩，没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，所以柴油机的量流量的差异主要由转速变动造成，所以柴油机的质量流量跨度范围只有质量流量跨度范围只有6.5:16.5:1左右。相比之下，传统左右。相比之下，传统的汽

19、油机（指缸内直喷式汽油机的汽油机（指缸内直喷式汽油机GDIGDI以外的汽油机）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，随着负荷的变动，每个循环吸入的空气量气流量，随着负荷的变动，每个循环吸入的空气量相差很大，加上汽油机转速的变动范围比柴油机大相差很大，加上汽油机转速的变动范围比柴油机大得多，所以汽油机的质量流量跨度范围可达得多，所以汽油机的质量流量跨度范围可达75:175:1，接近于柴油机这个指标的接近于柴油机这个指标的1212倍。这导致涡轮增压汽倍。这导致涡轮增压汽油机的瞬时工况较差。而汽油机若采用机械增压就油机的瞬时工况较差。而汽油机若采用机械增压就没有这个问题。没有这个问题。b.b.废气涡轮增压技术的比较废气涡轮增压技术的比较 汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易爆燃。因此，安装涡轮增压器必须要避免爆燃易爆燃。因此，安装涡轮增压器必须要避免爆燃，这里涉及两个相关问题，一个是高温控制，另，