汽车发动机工作原理动画图解析-挺有意思的

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发动机是汽车的动力装置，性能优劣直接影响到汽车性能，发动机的类型很多，结构各异，以适应不同车型的需要。按发动机使用燃料划分，可分成汽油发动机和柴油发动机等类别。按发动机汽缸排列方式划分，可分成直列、V型、水平对置发动机等。发动机排量等于各汽缸工作容积之和，增加缸数可以增加发动机排量，提高发动机输出功率，还可使发动机运转平稳，减少振动与噪声，汽车发动机工作原理动画图解析：一、直列四缸发动机工作原理动画6缸以下的发动机汽缸多为单排直列方式，少数6缸发动机也有直列方式的。直列式发动机结构简单，价格便宜，缺点是发动机高度较高，长度较长。二、V型六缸发动机工作原理动画V型发动机将所有汽缸分成两组，两组相邻汽缸成一定的夹角布置在一起，可以抵消一部分振动，从侧面看汽缸呈V字形，故称V型发动机。V型发动机运转比较平稳，振动与噪声较小，高度较低，长度较短，能为驾乘舱留出更大的空间，缺点是必须使用两个汽缸盖，结构相对复杂，价格也较贵。中高级轿车上普遍采用V6发动机。V型发动机的汽缸数一般为6、8、10、12、16。据说，有的汽车公司还有V5、V7、V11等非对称式V型发动机。三、水平对置发动机工作原理动画原图序号（学号）：吉林农业大学发展学院毕业论文 汽车发动机废弃涡轮增压技术的应用与发展 姓名 专业交通运输（汽车运用）班级指导教师 年月日汽车发动机废气涡轮增压技术的应用与发展《摘要》:本文针对发动机的废气涡轮增压技术的研究意义及研究现状、存在问题及解决措施进行了论述。发动机废气涡轮增压器是汽车制造业百年最杰出的作品之一，近20年在车用发动机上越来越多的被采用，甚至CNG汽车，微型汽车和摩托车上也出现了涡轮增压器。现在已经有了TSI的新技术。TSI发动机的设计非常巧妙，它实际上是把一个涡轮增压器（turbocharger）和机械增压器（supercharger）一起装到一台发动机里面。上文我们讲到涡轮增压发动机在较低和较高转速时都有一个动力的空档，为了进一步提高发动机的效率，增加一个机械增压装置，并让它在低转速时加大进气压力。而涡轮增压器的尺寸可以再大一些，去弥补高转速是的动力空档，从而达到一个从低到高转速的全段又一动力表现。汽车采用增压技术后，动力性，经济性不但得到了显著提高而目‘排放性能也有所提高，这对消除油价飞涨满足日益严格的排放法规来说是十分重要的。最后，对废气涡轮增压技术进行了展望。《关键词》:【废气涡轮增压】;【热负荷】;【爆震】;【匹配】TrendandResearchofTurbochargedTechnologyinGasolineEngines《Abstract》;Itisintroducedthemeaningandthesituationofexhaust一gasturbochargedtechnologyingasolineengine,andthenimpedimentandcountermeasuresarediscussed.Intheend，prospectofexhaust一gasturbochargedtechnologyingasolineengineismade.《Keywords》;gasolineengine;turbocharging;thermalload;deflagration;matching目录引言废气涡轮增压系统的概述……………1汽油机废气涡轮增压研究的意义…………3（二）汽油机废气涡轮增压研究的现状…………………3（三）废气涡轮增压技术…………4二、废气涡轮增压器的应用组成及工作原理（一）组成结构特点………………11（二）工作原理……………………12三、汽油机涡轮增压系统存在的问题及研发方向（一）抑制爆燃燃烧和降低热负荷………………12（二）改善涡轮增压汽油机的扭矩特性…………14（三）改善涡轮增压的加速度……15四、未来废气涡轮增压的发展趋势………16五、结论…………21六、参考文献……………………22附录一英文原文附录二英文译文引言随着人们节能意识逐渐增强，环保部门制定的排放法规的日益严格，增压技术越来越受到重视。在各种增压方式中，废气涡轮增压由于不消耗有用功，被人们广泛应用。过去汽油机增压主要是用于高原汽车和竞赛汽车上，近年来许多国家对城市废气污染和噪音公害提出了更高的要求，从而促使车用汽油机增压的发展。在我国为了解决高原行车动力不足的问题，对汽油机增压进行了大量的试验研究，并取得了可喜的成果。随着废气涡轮增压器的设计、制造以及材料等问题的解决，使增压柴油饥达到较高的性能指标，并成功地应用到载重汽车和小客车上。经过国内外的大量试fi}>JYL研完表明，废气涡轮增压应用在汽油机上具有一系列优点:①提高发动机的升功率，②提高发动机的低速扭矩性能，③提高发动机的燃料经济性能;④降低发动机的有害气体排出量;⑤降低发动机的噪音值;⑥降低发动机的结构比重量(公斤/马力)。汽油机废气涡轮增压系统的概述装有废气涡轮增压发动机的汽车，其动力性能大为改善。它不但具有良好的加违性能，而且.还具有良好的扭矩特性。对现有载重汽车如解放牌进行发动机增压，即可捉高动力性能30--50%。对于高原行车，由于空气稀薄，明显地感到动力不足。当海拔每升高100公时，发动机功率将降低10%0增压技术不仅能补偿发动机因海拔升高而下降的功率，还可以提高之。经废气涡轮增压后的汽油发动机排出的有害气体大大降低。Schwitzer公司的研究表明，在普通的汽油机上进行涡轮增压，能使排气中的有害气体HC减少14io.CO减少13%}NU减少8。若进一步改进增压器、化油器及排气管布置，污染还能进一步减轻。其主要原因在于增压时，燃料与空气混合较好，燃烧较为完全。其次是排气温度和背压的升高，促进了徘气管内废气的再燃烧反应川‘”’。装用小排量发动机的汽车，在公路上行驶时，接人增压以获得较大的动力性能;当进入市区行驶时，截断增压，发动机排气总量减小，亦可减轻城市污染。对非增压发动机来说，降低压缩比会降低热效率，最终使发动机经济性变坏。但对涡轮增压发动机而言，降低压缩比，完全膨胀的程度也随之降低，固然不经济。但排入排气管中的废气能量增加，使它在增压器的涡轮中继续膨胀，从而使涡轮获得更大的输出功，这不仅可捞回由于降低压缩比所引起的损失，而且还可进一步提高发动机循环的经济性。废气涡轮增压不仅不像机械增压那样要消耗发动机一部分输出功率，而且还能充分利用废气能量，特别是充分利用排气脉冲能量。这就是废气涡轮增压发动机经济性较好的理论基础。但由于化油器供油特性和分电盘特性等对汽油机增压的适应性较差，其燃料经济性的改善不如柴油机显著。在电子计算机控制的直接喷射式汽油机上进行增压，仍可获得良好的燃料经济性，比油耗可达190克/马力小时，接近于柴油机的水平。（一）、汽油机废气涡轮增压研究意义1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80%。汽油机增压的发展相对较晚，技术水平也落后于柴油机。20世纪70年代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年美国生产的汽油机已有1/4采用了增压技术，1992年国际市场上出售的汽油机有巧%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，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提高汽车性能都具有重要意义。（二）汽油机废气涡轮增压研究现状经过80多年的不断发展，特别是20世纪90年代以来，由于CAD/CAM，电控、材料和制造技术等科学技术的迅速发展，许多相关学科领域的成果被大景用于增压技术领域，从而出现多种增压方式。针对不同的车用发动机，使用不同的增压方式才能达到最佳的匹配，下而是几中典型增压方式的比较。从表中我们可以看出各种增压方式都有利有弊，但由于废气涡轮增压器结构简单，而目‘对提升发动机性能效果很好当1台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器的相比，可增加大约40%甚至更多;或者说，1台小排量的发动机经增压后，可以产生较大排量发动机相同的功率;试验证明由于涡轮增压发动机的燃烧比较完全，排烟浓度降低，废气中CO和HC含量明显减少，NOx含量也大为改观，对减少汽车排气污染有利。此外，由于燃烧压力升高率降低，发动机工作柔和，噪声比较小;而目‘在高原地区也可以恢复功率减少油耗。由于装在汽油机上爆震倾向大大增强，而目‘汽油机的转速和功率范围宽，系统比较复杂，所以目前应用较少，只有少数高级轿车安装，但是随着技术的不断提高，应用会越来越广。装在柴油机上不存在什么大难题所以普及很广，在重型柴油机上已经达到了100%，而目‘目前已向小型柴油机迅速发展。（三）废气涡轮增压技术带中冷器和放气阀涡轮增压器，设计简单，并能很好地保证低速转矩和高速限压，而目‘能满足我国排放法规的要求。目前大多数车用柴油发动机都安装它。3.1中冷器气体经过压缩后温度有很大的提高，即使是低增压度，一般也高出6080℃以上，升温将造成发动机功率降低，效率降低。为此需将吸入的空气在中冷器中再次冷却，使密度增加，从而使功率、扭矩相应增加。另外，增压中冷还有利于降低排放中NOx和微粒的含量，减少了柴油机后处理NOx的困难。中冷器的冷却方式一般有以下3种类型:(1)空对空中间冷却器;(2)水对空中间冷却器;(3)油对空中间冷却器。水对空中冷器可分为利用发动机循环水和独立的循环水系统2种。前者的装置简单，可根据空间和实际条件直接装在车用发动机上，但发动机水温木身就高，大约在8090℃左右，所能得到的空气冷却程度是有限的。在后一种情况下，由于可利用温度较低的冷却水，所以增压空气的冷却效果好，但需要设置单独的冷却水系统，故它只能用于固定式工业用柴油机或船用发动机。油对空中间冷却器和水对空中间冷却器相似。空对空中冷可用于难于得到温度较低的冷却水的场合。常用以下2种方法(1)它是用管子将充气通到单独安装在前而的散热器，利用装在柴油机上的风扇供给的冷却空气进行冷却，增压空气的温度可冷却到50-}-600Co但由于空气的传热系数比水低得多，所以空对空的体积要比水对空中冷器大些。一般将中冷器直接布置在发动机冷却水箱的前而，但应靠近增压器。(2)在进气管前段设置一个风扇，有专用电机lx动，冷却效果最好，但是设计复杂。一般来说，增压比越高，采用中冷的效果越显著，采用中冷的必要性就越大。是台采用中冷主要取决于增压发动机的增压强度，也与发动机用途和使用条件等因素有关，使用时要权衡利弊。比较起来，空对空中冷有更大的发展潜力，特别是采用高温冷却的车用发动机，更应优先考虑空对空中冷器。目前车用发动机常用的是水冷，原因是其设计简单，体积小，容易布置。但以后可能会向空冷方而发展。3.2放气阀柴油机在高速高负荷时，排气流量大，因而排气能量大，导致涡轮增压器转速高，增压压力也高，但是在柴油机低速时，即使增加负荷，废气流量也不大，因而增压空气压力低，发动机扭矩增量过小。作为改善的办法，可以用小容量的涡轮增压器和柴油机的中速相匹配，以提高柴油机中速时的扭矩。这样又出现将柴油机高速高负荷时增压过高，增压器转速过大的问题。为此采用排气旁通阀，在高速高负荷时，旁通阀打开，放掉一部分废气，以降低增压器转速，控制压比。放气的方式目前主要有以下2种:(1)将部分排气放入大气;(2)将部分增压空气放入大气。从热力学观点来看，放增压空气比放排气更不理想，但实际上两者对油耗率的影响差别不大。目前车用发动机常用的是将部分排气放入大气。一汽油机涡轮增压系统现状解放牌汽车CA-lOB发动机涡轮增压系统示于图1上。发动机排出的高温燃气经分支排气管流人增压器的涡轮壳中，再流经喷咀环，燃气以更高的速度喷向涡轮。燃气在涡轮中膨胀作功驱动同轴上的压气机叶轮而旋转。废气经涡轮作功后排人大气。离心式压气机把空气吸入并压缩，提高了流速和压力。压缩空气再经过扩压器扩压，流速降低，压力进一步提高。经化油器与燃料混合后导人气缸燃烧。增压压力调节阀的作用是当增压压力达到额定值后，把剩余功率的废气旁通人大气，以保持发动机良好的扭矩特性。调节阀受增压压力的控制而自动调节。要维持增压器浮动轴承的正常工作，输人的润滑油必须保证足够的流量和压力，以使轴承获得良好的润滑和冷却。回油管路应畅通。化油器浮子室处于增压状态，因此汽油泵仍需增压，以保证足够的流最和压力。在化油器式发动机上进行涡轮增压，还涉及增压器的布置问题。增压器放在化油器之前，称为增压器前置方案(如图1)，反之称为增压器后置方案。对于使用多个化油器的发动机，将给增压器的布置带来很大困难。前置和后置都有自己的特点，采用何种方案依据具体情况而定。增压器前置方案的特点是将空气先进行压缩，待空气密度和压力提高后再与燃料混合进人气缸。其优点是:①化油器安装位置不变，喉部尺寸也不用加大。混合气行程短，发动机灵敏性较好，②空气经压缩后温度升高，有利于燃料的汽化，③发动机回火，不易损坏压气机叶轮，④增压器发生故障，易于与发动机脱开。其缺点是:①化油器处于增压状态下工作，应严格密封，否则燃油外漏，②汽油泵要增压，以适应增压对供油的要求;③要使化油器的供油量随空气密度的增加而增加比较困难。增压器后置方案的特点是空气先经过化油器与燃料混合后再进行压缩，待混合气的压力和密度提高后再送入气缸。其优点是:1)不用考虑化油器的密封问题，2)混合气经压气机的搅动，雾化混合较好;J)化油器的供油特性易于满足增压要求，但需加大化油器的喉部尺寸，4)汽油泵可不作改动。其缺点是:(1)增压器发生故障时不易与发动机脱开;(2)若发动机回火，容易损坏压气机叶轮;(3)、当节流阀开度较小时，进气管真空度传至压气机中，将增压器润滑油吸出，卷人气缸，增加润滑油消耗，影响发动机的正常燃烧。为了克服这一弊病，必须在压气机前后设置联动节流阀图2是BMW-ALPINA小客车汽油机废气涡轮增压系统。其发动机型式为直列6缸，排量3公升，与h1}K公司生产的K27型涡轮增压器匹配，最大功率为300马力/6000转/分。该系统最高增压压力为0.85巴(1巴=0.987大气压)，使用空气—空气中间冷却器。进气旁通阀5的作用是生l镌节流阀突然关闭的时候(如汽车的加速换档过程)，增压器的转子在惯性力的作用下仍在高速运转，继续向发动机送气，而此时韦流阀已关闭，气流无路可走，压气机阻力增加，容易引起其喘振。为此，必须在增压管路上安装一只由节流阀下端进气真空度控制的旁通阀，在节流阀开度较小时将增压空气旁通。其作用是一方而防止喘振;另一方面因压气机负载减轻，转子仍可以保持较高的转速，当再开大节流阀时，有利于增压器及汽车的加速。进气旁通阀的另一个作用就是当增压压力达到额定值后，将克服弹簧力与进气压力之和，阀门打开，进气旁通达到限制增压压力的目的，它与废气旁通阀配合作用，共同来调韦增压压力。图3是另一种Saab小客车汽油发动机的增压系统〔51。该发动机为4缸直列式，排量2公升，与Garrett废气涡轮增压器相匹配，在增压压力为0.5巴时，最大功率为145马力/5000转/分。限器1.2的作用是当发动机转速在6000转/分时，截断油泵电路，停止供油。过压开关5的作用是当增压压力超过。.75巴时，截断汽油泵电路，停止彩A.油。二、废气涡轮增压器的应用组成及工作原理（一）组成一结构特点与CA-lOP发动机匹配的增压器型号是国产3GJ型废气涡轮增压器，其结构示于图40与ALPINA发动机匹配的增压器是KKK-K27废气祸轮增压器，其结构示于图5。与Saab发动机匹配的Garrett废气涡增压器，带有增压压力调节阀，其结构示于图G。3GJ型和K27型涡轮增压器的主要性能参数见表1。（二）工作原理根据汽车的运行特点，增压器与发动机的匹配大都照顾低速扭矩特性。增压器在最大扭矩工况范围内具有较高的效率。要获得发动机良好的适应性系数，必须通过增压压力调节阀将过剩的废气能量放掉，增压压力调节阀的结构见图了，它是由壳体、阀门、膜片以及弹簧等零件组成。三、汽油机废气涡轮增压存在的问题及研发方向（一）抑制爆展燃烧和降低热负荷汽油机最大增压压力尸*主要是受爆震的限制，而增压后爆震加剧的最大原因是由于热负荷增加，两者是密切相关的。对一台汽油机来说要进行涡轮增压首要的问题是要防止发生爆震燃烧，一般可考虑下列方法。.1.1降低压缩比这是防止爆震最常见有效的方法。降低压缩比还可以改善排放，据经验表明，当e从8.5下降到6.5时，排气中的HC减少50%,NOx减少30%-40%。但汽油机的压缩比本来就比较小，处于对经济性很敏感的区域，;的下降必然引起热效率下降较多。因此，不希望仅用一个措施来解决防止爆震问题。在燃油等级不变的情况下，汽油机改为涡轮增压时的压缩比#k，可按下列经验公式确定:、二·po0k3汽油机废气涡轮增压的障碍废气涡轮增压技术和废气涡轮增压器在柴油车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。但是在提高汽油机动力性、经济性和排放性的同时，车用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。.1.2减小点火提前角，与非增压情况相同推迟点火时间将有助于防止爆震。但过晚的点火将使后燃加剧，不仅影响功率，还将增加排气温度，试验表明点火提前角推迟10CA，排气温度将升高3一8℃，这对涡轮来说十分不利。理想的点火提前角是调整到即将爆震而尚未爆震时，此时动力性.1.3对增压空气进行中冷安装中冷器对增压空气进行中冷是十分有效的，不仅与柴油机有相同效果，对功率的增加、热负荷的降低都是十分有利的，而且对于防止爆震也是非常有效的。有实验表明[‘]:通过增压后进行中冷，即使压缩比E为8:1，发动机仍不会发生爆燃;同时，降低压气机出口温度Tk可以提高有效压力Pe，从而可以有效地提高发动机的有效功率Pe"（二）改善涡轮增压汽油机的扭矩特性 车用汽油机与柴油机一样，必须有低转速大扭矩特性。但汽油机因存在爆震问题，所以改善扭矩特性的难度较柴油机更大一些。扭矩 特性较差的原因是随着转速增加，负荷的提高，排气温度也相应升高，涡轮进口熔值增加，增压器转速提高，增压压力尸*上升，相应扭矩增大。这种匹配情况，不仅容易发生高速爆震，而且扭矩特性也不符合车用发动机的要求。目前改善增压汽油机特性的措施一般有以下方法:二采用放气。基本上与车用柴油机的放气一样，可以放排气，也可以放增压空气。b.压气机进口节流。其工作机理十分简单，在压气机进气处放置一个节流阀，使进口压力适当减小，相应压气机出口压力也降低。当小负荷低转速时，希望有较大的扭矩，此时，正值流量小，所以节流效果弱，尸、没受多大影响。当高转速大负荷时，扭矩不希望很大，而这时流量较大，节流效果较强，因而尸*得到控制。节流法结构简单，但效果远不如放气法强。c.采用可变喷嘴环截面积【‘〕。可变喷嘴环增压器采用的是活动的喷嘴环叶片，喷嘴环叶片可以绕着各自的轴心共同旋转，随着喷嘴环叶片角度的改变而改变。可变喷嘴调节是将增压器设计点选在柴油机标定点，随着转速的下降改变喷嘴环的流通截面，以维持足够高的增压压力，这样既改善了汽油机的低速性能，又避免了放气阀方案高速经济性差的缺点，可以实现增压汽油机全工况范围的良好匹配。 d.采用具有共振系统的复合增压。基本情况与车用增压柴油机相 同，但只适用于汽油喷射汽油机，此处不作赘述。（三）改善涡轮增压汽油机的加速性涡轮增压系统在汽油机工况突变时，不能随工况变化供应增压空气流量和增压压力，而要滞后一段时间才能适应，这就是所谓的“增压滞后”。滞后时间越长，汽油机的加速性能也越差。汽油机的增压滞后问题更显得突出，因为汽油机本身的惯性小，灵活性强，转速范围宽广，所以对增压器的反应要更高。因此提高增压汽油机的加速性是发展汽油机增压的一个重要课题。解决该问题的方法有:a.减小进、排气道的容积。研究表明，过大的进排气系统的容积，特别是进气系统的容积是造成增压器反应迟缓的重要原因。因此任何有利于减小进排气系统容积的设计都有利于缩短滞后期。b.缩小涡轮增压器的尺寸。小尺寸的涡轮增压器具有小的转动惯量，对提高加速性的作用很大，为了减小转动惯量，在条件具备的情况下，宁可用两个小增压器而不用一个大增压器。c.排气管尺寸的影响。排气管应该短，管子直径应该小，也就是排气管的容积较小，并且应能很好地将各缸的压力脉冲无干扰地引人涡轮。排气系统的阻力应尽可能小。 d.选择适当的节气门位置，是指节气门与压气机的位置。只有两种可能，压气机在节气门后或前，当压气机在节气门后时，压气机的进口压力P,<PO大气压力)，然后在压气机内压缩到尸*;而压气机在 节气门之前时，进口压力Pi-Po，但必须压缩到高于P*的压力，经节流后降到尸*值。因此，对于前者，压气机内的压力较低，在相同的质量流量下，它的容积流量较大。从与增压器匹配角度来说，前者能在高效区工作，当负荷突变时具有较大的能量，容易提高转子的转速，从而缩短滞后时间，改善加速性能。四、未来废气涡轮增压器的发展趋势4.1可变截而涡轮增压器对于车用高速柴油机，为了改善低工况性能，可采用高速时放气的措施，这是一种简单而安全的措，但高工况经济性不好。为了提高涡轮增压器的经济性能，近十几年科研工作者进行了大量的研究，其中可变喷嘴环截而涡轮增压器是呼声最高的，许多国家都进行了研究并取的了很大的进步。可变截而涡轮增压是燃气通过涡轮喷嘴叶片时，根据涡轮增压柴油机外界负荷的变化来改变喷嘴环叶片的角度，使进入涡轮叶片的气流参数产生变化，通过涡轮烩降的变化实现涡轮功的变化，让压气机出口的增压压力发生变化，从而达到涡轮增压器与发动机在各工况下的良好匹配。可变截而涡轮增压器的原理简图如图4所示.由于发动机工况变化的瞬态性，因此可变喷嘴叶片调整的响应性也是可变喷嘴汽油机增压的发展相对较晚，技术水平也落后于柴油机。我国20世纪70年代末开始研究汽油机增压，并在CA一lOB和DG26100一12机型上取得成功。20世纪80年代末，清华、西安交大等几家高等院校和内燃机厂也相继对49ZQ汽油机进行增压研究川。作为汽油机增压，除提高功率扭矩外，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，性能也不够完善，实际应用很少。到2001年，只有少数车型采用增压，还没有国产增压车型。现在，国内已开发出轿车用增压柴油机和汽油机产品，如帕萨特一领驭1.8T、大众一速腾1.8T、奥迪A6L2.OT等均采用了涡轮增压技术。 国内一些著名公司和院校都非常重视发动机与增压器匹配的研究。中科院工程热物理所、清华大学、燃气涡轮研究所通过可变喷嘴涡轮增压器与发动机的匹配试验测得增压压力和排气压力值，结合发 动机结构参数，计算了发动机的流通特性，建立了可变喷嘴增压器与发动机的联合工作曲线〔’〕。对联合工作曲线的分析表明:设计的可变喷嘴涡轮增压器与发动机匹配良好，不会出现喘振和阻塞。由大众集团主产的、世界上首台新型带涡轮压的直喷汽油发动机已于2005年问世。这款2.0LFSI(FuelStratifiedInjection，燃料分层喷射)发动机适用于大众集团生产制造的诸多车型，如奥迪A3,A4,A6和高尔夫GTI等。2.0LFN被评为“2005年最有影响力的发动机”。结合涡轮增压，FSI拥有性能高和油耗低的特点[[3]0据报道，欧洲的汽车制造商和零部件供应商正将汽油机涡轮增压器视为降低排放的有效武器，有内燃机2021年2月望使该产品在欧洲的需求剧增。通过引人涡轮增压器，汽车制造商可以提供较小排量的汽油机。与现有的同类产品相比，这种发动机的性能持平或更高，而油耗量较低;加__七车辆质量的减轻，可帮助欧洲的汽车制造商实现他们对欧盟的保证，即2021年，乍辆的COZ平均值为163岁km。博格华纳公司和霍尼韦尔公司希望到2021年，欧洲的汽油机中大概有25%为涡轮增压发动机[4]。 日本马自达汽车公司日前宣布，该公司成功开发了排量为2.3L的直喷式涡轮增压汽油机13-VDT，命名为MZR2.3DISITURBO，并装备在马自达speedAtenza轿车上。发动机的缸径为87.5mm，行程94mm，压缩比9.5，最高输出功率为200kW，最大功率转速5500r/min，最大扭矩380N·m，最大扭矩转速30(0r/min，总排气量2.26L。该发动机通过配合使用直喷系统和涡轮增压器，增大了低中速区 的扭矩，也提高了高功率输出时的动力性能。直喷系统以最大11.5MPa的高压向缸内喷射燃料，通过利用气化吸热，强化缸内冷却效果，提高了混合气体的填充效率。通过鉴定，马自达speedAt~作为一台超低排放的汽车，其废气排放只有2005年日本排放标准的75%，超过2021年燃油经济标准5%。PetitjeanD,BernardinoL,MiddlemassC等学者对10年内批量生产涡轮增压和自然吸气的发动机/车辆进行了比较，结果表明涡轮增压发动机带来8%一10%燃油经济性收益[’]。经其他实验型发动枷车辆严格背对背比较得出的数据表明，涡轮增压发动机在燃油经济性方面有18%的收益。相同功率情况下，除了燃油经济性收益外，涡轮增压发动机在排量方面可缩小约30%。成本估算表明，尽管增加了涡轮增压器的成本，涡轮增压的、排量缩小的4缸发动机可比相同功率的、相当的(或更大的)V6发动机节约成本300美元左右。相同的基本型发动机可以涡轮增压至不同的增压度，以开发出更宽广的标定功率范围。这种策略用相同的基本型发动机替代几个发动机系列，可以产生显著的成本效益。a.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。 b.汽油机增压热负荷大。汽油机混合气的浓度范围窄(过量空气系数a二0.85一1.1)，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(如气门、燃烧室等)，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。c.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。五、结论汽油机增压已有相当长的发展，近30年它被作为一种改善汽油机的燃料经济性以及减少排气污染的手段而得到迅速发展。同时增压作为高海拔地区功率恢复的一种措施而显示出了独特的优越性。现代轿车发动机已普遍采用电子喷射系统，在电子控制技术及新材料的配合下，涡轮增压技术在汽油机上的应用也会日益普遍。其中高固体份涂料因其可挥发成份少、固化速度快、施工性能好必将成为发展的趋势。另外，环氧树脂涂料、聚氨脂涂料由于具有较高的机械强度和粘接力、加工改性易等特点，其防腐性能、应用范围也会进一步得到提高和扩大。〔参考文献〕[1]贾东红，高桐生.49ZQ汽油机废气涡轮增压中一些问题的探讨.[J].小型内燃机，1991，(6).[2]王恩华，周明.可变涡轮增压器与发动机匹配分析【J].车用发动机，2003，(4);18一21.[3〕吴明.新型涡轮增压直喷汽油机【J].汽车维修，2006,(3).[4〕张玉华.欧洲青睐汽油机增压〔J].车用发动机，2005,(11).[51PetitjeanD,BernardinoL,MiddlemassC，等.改善汽油机燃油经济性的先进涡轮增压技术〔J].国外内燃机，2006，(3).[6〕邱卓丹，张洪涛.柴油机微粒排放后处理技术的研究现状及发展趋势〔JJ.小型内燃机与摩托车，2005,(1).仁7」AndreasPfeifer,US2007一WhichWayToGoPossibletechnicalsolutionsSAEpaper,2003一01一0770.[8]2006一01一3551:SimulatedPerformanceofaDieselAftertreatmentSystemforU.S.2021ApplicationSAEPaper,2006一01一3551.[9]BrianScarnegieALNT+SCRSystemforTreatingtheNOxEmissionsfromaDieselEngine2006一01一0210Paper.〔10]JohnC,Wald.,EngineTechnologyforTheFutureMeeting,theneedsofCustomersandtheenvironment.SAEChina2003congress.4]SelvarajM.Stainlesssteelpowderasaprotectiveanddecora-tivepigmentforsteelstructuresinorganiccoatingindustries.Anti一CorrosionMethodsandMaterials,1997，44(1):13.[5」MathivananL,RadhakrishnaS.Heat一resistantanti一。~sivepaintfromepoxy一siliconevehicles.Anti一CorrosionMethodsandMaterials,1997，44(6):400.[6]DhanalakshmiM,etal.Coatingsforunderwaterandwetsur-faceapplication.Anti一CorrosionMethodsandMaterials,附录一：英文原文Introduction

Aspeoplegraduallyincreaseawarenessofenergyconservation,environmentalprotectiondepartmentoftheincreasinglystringentemissionsregulations,pressurizationtechnologymoreandmoreattention.Waysinavarietyofsupercharged,Turbochargedusefulworkbecausetheydonotconsume,iswidelyapplied.Turbochargedgasolinepasttheplateauismainlyusedforcarsandracecars,manycountriesinrecentyears,urbanairpollutionandnoisepollutionputforwardhigherrequirements,thuscontributingtomotorgasolineturbochargerdevelopment.PlateauinChinatoaddresstheproblemofinsufficientdrivingforceofpressurizedgasolinewerealotofexperimentalstudies,andhaveachievedencouragingresults.Withtheturbochargerdesign,manufacturingandmaterialsproblems,sothatpressurizedChaiYoujitoachievehighperformance,andsuccessfullyappliedtothetrucksandsmallpassengercars.Aftertestingalargenumberofdomesticandforeignfi}>JYLcompletedresearchthatusedintheexhaustgasturbochargedgasolineenginewithanumberofadvantages:

①increaseenginepowerperliter,

②toimprovelow-speedtorqueperformanceoftheengine,

③improvefueleconomyperformanceoftheengine;

④reducetheemissionofharmfulgasengine;

⑤reduceenginenoisevalue;

⑥lowerthantheweightofthestructureoftheengine(kg/hp).

GasolineTurbochargedSystemOverview

Equippedwithaturbochargedengineofthevehicleexhaust,anditsdynamicperformancegreatlyimproved.Notonlydoesitaddbreachofgoodperformance,but.Alsohasgoodtorquecharacteristics.Theliberationoftheexistinglicensefortruckengines,suchaspressurized,high-powerperformancecancatch30-50%.Fortheplateauroad,duetothethinair,obviouslyfeellessmotivated.Whenthealtitudeisincreasedby100km,theenginepowerwilldropby10%0superchargertechnologycannotonlycompensateforelevationdecreaseenginepower,butalsocanimproveit.

Theexhaustgasturbochargedgasolineengineaftertheexhaustofharmfulgasgreatlyreduced.Schwitzer'sresearchshowsthatonanordinarygasolineengineturbo,theexhaustofharmfulgasescanreduceHC14io.COdecreased13%}NUdecreaseof8.Iffurtherimprovedsupercharger,carburetorandexhaustpipelayout,butalsofurtherreducepollution.Themain

Thereasonispressurized,thefuelandairmixtureisbetter,morecompletecombustion.Followedbytheriseofexhausttemperatureandbackpressure,promotingthere-irresolutetrachealgascombustionRiver'"'.

Small-displacementenginefittedwithacardrivingonthehighway,accesstoalargermomentumboostperformance;whendrivingintothecity,cutoffboost,reducingthetotalengineexhaust,andmayreduceurbanpollution.

Onnon-superchargedengine,thelowercompressionratiowillreducethethermalefficiency,andultimatelytheeconomyoftheenginedeterioration.Buttheturboengine,thelowercompressionratio,thedegreeoffullexpansiondecreases,ofcourse,nottheeconomy.However,theexhaustpipeintotheexhaustenergyincreases,makingittheturbosuperchargertocontinuetoexpand,sothatgreateroutputpowerturbines,whichnotonlyreducethecompressionratiocanbesalvagedbecausethelosscaused,butalsofurtherimprovetheenginecycleoftheeconomy.

Turbochargednotliketospendasuperchargedengineaspartofoutputpower,butalsomakefulluseofexhaustenergy,inparticular,takeadvantageofexhaustpulseenergy.Thisistheexhaustgasturbochargedenginegoodeconomictheory.However,thecarburetorfuelsupplycharacteristicsandsub-characteristicselectricalpanelonthepooradaptabilityofpressurizedgasoline,thefueleconomyimprovementwassignificantlybetterthandiesel.Inthecomputer-controlleddirectinjectiongasolineengineon

Pressurecanstillgetgoodfueleconomy,specificfuelconsumptionofupto190g/hp-hour,closetotheenginelevel.

(A),turbochargedgasolineengineexhaustresearchsignificance

Adieselengineturbochargertechnologyfirstinthedevelopmentofthefield,thecurrentmediumandlargeindustrialcountrieshavebeenusingdieselpowerboostertechnology,smallandmediumsizedautomotivedieselenginesareupto80%.GasolinePressurerelativelylatedevelopment,thetechnicallevelbutalsobehindtheengine.Thelate20thcentury,70begantouseforeigngasolineturbochargertechnology,andhasbeenrapiddevelopmentandimprovementofthe1990U.S.gasolineproductionhas1/4usingasuperchargertechnologyontheinternationalmarketin1992,gasolinesoldinaclever%usingboostertechnology,thecurrentsuperchargedgasolineabroadandapplicationisintheperfectstage.SuperchargedinternalcombustionenginemainlyintheadvancedtechnologyoftheUnitedStates,GermanyandJapan.Relativetotheengine,thegasolineengineinasmalldisplacement,particularlyinthefieldofcarenginehasitsuniqueadvantagesandpositionoftheapplication,sothegasolineengineboosterofenergyconservationandimprovethecarfortheperformanceareofgreatsignificance.

(B)GasolineTurbochargedResearch

After80yearsofcontinuousdevelopment,especiallyinthe20thcentury,90years,theCAD/

CAM,electroniccontrol,materialsandmanufacturingtechnology,therapiddevelopmentofscienceandtechnology,theresultsofmanyrelatedfieldsaregreatprospectsforthesuperchargertechnologytobeavarietyofsuperchargedway.Vehiclefordifferentengines,differentwaystoachievethebestboostermatchunderwaybutfewincomparisonofatypicalturbocharger.

Wecanseefromthetableareprosandconsofvariouswayssupercharger,butturbo

Turbochargersimplestructure,andpurpose'goodeffectinenhancingengineperformancewhentheengineisfittedwithaturbocharger,itsmaximumpoweroutputandcomparedtotheturbochargerisnotinstalled,orevenabout40%increasemore;or,1small-displacementenginesbythesupercharger,youcanproducemore

Largedisplacementenginesthesamepower;testprovedthattheturbo-chargedenginecombustionmorecomplete,reducetheconcentrationofsmoke,COandHCemissionsweresignificantlyreduced,NOxcontentisalsogreatlyimproved,enablingthereductionofautomobileexhaustpollution.Inaddition,lowerrateofpressureriseduetocombustion,enginesoft,noiseisrelativelysmall;thehead'intheplateauregioncanalsorestorethepowertoreducefuelconsumption.Asinstalledinthegasolineengineknocktendencytobegreatlyenhanced,whilethehead'speedandpowerofthegasolinerange,thesystemiscomplex,wenowseldomused,onlyafewseniorcarinstallation,butasthetechnologycontinuestoimprove,theapplicationwillbeincreasinglymorewidely.Installedinthedieselenginedoesnotexistanymajorproblemssowidespreadintheheavy-dutydieselenginehasreached

100%,whilethehead'nowhasbeentherapiddevelopmentofsmalldieselengine.

(C)oftheexhaustturbochargertechnology

Withintercoolerandturbochargerdischargevalve,designedtobesimple,andcanguaranteeagoodlow

Speed​​torqueandhigh-speedlimitofpressure,whilethehead'tomeettherequirementsofemissionregulations.Mostdieselenginesareinstalled.

3.1inthecold

Afterthetemperatureofthecompressedgashasbeengreatlyimproved,eventhelowboostlevel,generally

Higherthan6080℃,heatingwillresultinreducedenginepower,reducingefficiency.Thisissubjecttotheinhalationofairinthecoldagaininthecool,thedensityincreases,sothatthepower,torqueincreased.Inaddition,TurbochargedalsohelpreduceNOxandparticulateemissionslevels,reducingdieselNOxpost-processingdifficulties.

Thecoolinginthecoldthewaytohavethefollowing3types:

(1)airtoairintercooler;

(2)inter-coolerofwaterontheair;

(3)ofairbetweentheoilcooler.

Watercooleraircirculatingwatercanbedividedintouseoftheengineandseparatewatercirculationsystem2

Species.Theformerdeviceissimple,accordingtotheactualconditionsofspaceanddirectlyinstalledinthevehicleengine

,Buttheengineitselfonthehightemperatureofwood,aboutabout8090℃,aircoolingcangetalimitedextent.Inthelattercase,becausethelowertemperaturecoolingcanbeused

Water,sothecoolingeffectofpressurizedairgood,butneedtosetupaseparatecoolingwatersystem,so

Itcanonlybeusedforstationaryindustrialdieselenginesormarineengines.Betweentheoilcoolerandtheair

Similaritybetweenthecoolerwaterontheair.

Air-coolingcanbeusedfordifficulttoobtaininthelowtemperaturecoolingwaterapplications.Usedthefollowing

2methods

(1)Itisinflatedthroughthetubewillbeinstalledtoseparatethefrontandtheradiator,theuseofmounted

Dieselenginecoolingairsupplyfanforcooling,pressurizedaircanbecooledtothetemperature

50-}-600CoHowever,duetoairheattransfercoefficientismuchlowerthanwater,sothevolumeofair-wateraircoolerthanbigger.Willgenerallybearrangeddirectlyinthecoldwatertankinthefrontandenginecooling,butshouldbeclosetothesupercharger.

(2)setinfrontofafaninlet,adedicatedmotorlxmove,thecoolingeffectofthemost

Good,butthedesigncomplexity.Ingeneral,thehigherpressureratio,theuseofthemoresignificanttheeffectofcold,

Withthegreaterneedinthecold.Taiwanadoptedasuperchargedengineinthecolddependsontheincrease

Compressivestrength,butalsowiththeengineusesandconditionsofuseandotherfactors,usedtoweigh.

Incomparison,air-cooledforgreaterdevelopmentpotential,particularlyhightemperaturecoolingcar

Engines,itshouldgivepriorityto-airintercooler.

Nowcommonlyusedinvehicleengineiswatercooled,becauseofitssimpledesign,smallsize,easylayout.Butinthefuturemaybedevelopedtotheair-cooledside.

3.2releasevalve

High-speedhigh-loaddieselengines,exhaustflow,andthustheexhaustenergy,leadingtothevortex

Roundofhighspeedsupercharger,boostpressureisalsohigh,butlow-speeddieselengines,eveniftheincreaseinload,exhaustgasflowisnotlarge,andthusboosttheairpressureislow,theenginetorqueincrementistoosmall.Asawaytoimprove,youcanuseasmallcapacityturbochargersandmedium-speeddieselenginematchedtoenhancethemedium-speeddieselenginewhenthetorque.Thisappearedtoboostdieselenginehighspeedhighload,theturbochargerproblemofexcessivespeed.Exhaustbypassvalveusedforthispurpose,thehighspeedandhighload,thebypassvalveopen,letgoofpartoftheemissionstoreducetheturbochargerspeed,thecontrolpressureratio.

Deflatedpresentmainlyinthefollowingway2:

(1)partoftheexhaustintotheatmosphere;

(2)someofthepressurizedairintotheatmosphere.

Fromthethermodynamicpointofview,puttheexhaustpressurizedairismorethantheplaceisnotideal,butinfactboththeimpactonfuelconsumptionrateisnotverydifferent.Nowcommonlyusedinvehicleenginesispartoftheexhaustintotheatmosphere.

Agasolineengineturbochargingsystemstatus

CarCA-lOBLiberationturbochargedenginesystemshowninFigure1.Hightemperatureengineexhaustgasthroughthebranchexhaustpipeinflowturbochargerturbineshell,andthenflowsthroughthenozzlering,playinginahigherspeedgasturbine.Gasintheturbine

Forpower-drivenexpansionofthecompressorimpellercoaxialrotate.Gasturbinesforpowerbythepeoplebackatmosphere.Centrifugalcompressorandcompresstheairintaketoimprovetheflowandpressure.Compressedairdiffuserandthenthroughthediffuser,theflowratedecreased,thepressurefurther.Carburetorandfuelmixturebytheleadersofthecylindercombustion.Theroleofboostpressurecontrolvalvewhenboostpressureisreachedaftertherating,theremainingpoweroftheexhaustairbypasspeopletomaintaingoodenginetorquecharacteristics.Bythesuperchargingpressurecontrolvalvetocontroltheautomaticadjustment.

Floatingbearingturbochargertomaintainthenormaloperation,theinputoflubricantmustensurethatadequateflowandpressure,inordertogetagoodbearinglubricationandcooling.Returnlineshouldbesmooth.

Carburetorfloatchamberispressurized,sostillneedboosterpumpstoensureadequateflowandpressurethemost.

Inthecarburetorontheturbochargedengine,butalsothearrangementofboosterproblems.Beforetheturbochargeronthecarburetor,knownaspre-boosterprogram(Figure1),otherwiseknownaspost-boosterprogram.Forengineswithmultiplecarburetors,turbochargersarrangementwillbringgreatdifficulties.Frontandrearhasitsowncharacteristics,accordingtothespecificprogramadopted

Circumstances.

Pre-programcharacteristicsoftheturbochargeristofirstcompresstheair,theairdensityandpressureincreaseuntilafterthefuelmixtureintothecylinder.Itsadvantagesare:

①carburetormountingpositionunchanged,thethroatsizeisalsonotincreased.Mixtureofshorttrip,theengineisbettersensitivity,

②airtemperatureaftercompressionisconducivetofuelvaporization,

③enginebackfire,notdamagedcompressorimpeller,

④turbochargerfailure,easywiththeenginedisengaged.Thedisadvantagesare:

①pressurizedcarbureto