发动机论文

南京理工大学紫金学院课程论文课程：现代汽车发动机原理

课程论文题名：发动机增压技术

作者：徐杨

南京理工大学紫金学院

2015年1 月

发动机增压技术

徐杨

摘要：主要研究发动机增压技术的应用现状、工作原理、技术特点。

论述了发动机增压技术的作用和目的以及增压方式分类。

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，作用和分类，发展趋势

引言

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。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。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。本文主要讲述了发动机增压技术的发展，工作前景以及分类和作用，还有涡轮增压技术的发展趋势及前景。

1 发动机增压概述

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。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。

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。

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。

2 发动机增压技术应用现状及特点

2.1 增压技术的发展状况

目前普遍使用的增压器转速范围为60000--120000r/min，最高的转速如三菱重工生产的TD-02涡轮增压器转速以达260000r/min，最高压比可达3-3.5，个别的如法国小型涡轮公司生产的TCS14型增压器增压比接近5，它用于低压缩比的超高增压发动机。在成批量生产的涡轮增压器中，已公开发表的最小叶轮直径为34mm最小的质量仅为2kg，它可用于排量为150mL的7. 4Kw小型发动机的增压，叶轮140mm以下的增压器，压气机最高效率可达c=0.78-0.80。

2.2 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。由于废气涡轮增压器结构简单，而目前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;而且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，而且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%，而且目前已向小型柴油机迅速发展。涡轮增压是目前全世界汽车厂商运用最为广泛的发动机增压技术。国内非常常见的国产的奥迪、帕萨特、宝来的1.8T发动机就是采用的这种技术。这种技术的优势很明显，它可以利用发动机排出废气产生的能量，来大幅度提高发动机的动力输出。最早的汽油涡轮增压发动机运用在量产车型是在60年代。当时，这个车有一个让人很难容忍的缺点，那就是在低转速的时候动力非常差，甚至还比不上一台同等排量的自然吸气式发动机，这种强烈的涡轮迟滞使得这台发动机的动力输出很不流畅。

2.3 涡轮增压技术特点

（1)小型化

（2)节能

（3)环保

（4)高原功率补偿

（5)涡轮增压器与发动机多种匹配方式

3 发动机涡轮增压技术的发展前景

新型的废气涡轮增压器以提高可靠性、可维修性和经济性为重点，采用整体集成设计结合先进的材料使增压器提高了效率，减少了系统的零部件，简化了在机器上的安装，延长了大修间隔期，减少了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。涡轮增压技术的发展与增压柴油机未来发展的要求密相切相关，其主要服从于未来的排放法规要求和进一步降低燃油消耗，涡轮增压系统应有更高的热效率；涡轮增压系统应有更高的热效率；压系统与发动机的匹配上有可能采用电子控制系统，使增压系统与燃油系统在发动机全工况内实现最佳匹配; 对车用涡轮增压器将要求尺寸更小，质量更轻，效率更高，同时要求增压器有良好的可靠性，并可按机工况要求进行调节。

5 结论(结语)

通过本文的论述可以得出以下结论：采用发动机增压技术可以降低发动机的整体尺寸，这对发动机及车辆的小型化、轻量化和降低成本有巨大的吸引力；采用发动机增压技术可以提高发动机的功率、机械效率和热效率；可以降低发动机有害气体和CO的排放量等；发动机增压技术经过多年来的不断发展与完善，在实际生产中得到广泛应用，并且有着极大的发展空间，在将来会有更广泛的应用。

参考文献：

（1）赵丹平吴双群现代汽车发动机原理北京大学出版社21世纪

（2）朱大鑫.车用发动机增压技术的发展.天津:内燃机学报，1987