摘要:增压是提高内燃机功率、减小排气中有害物质的有效措施之一。它可以大大提高平均有效压力值,有效提高汽油机功率,降低燃油消耗率,降低质量功率比,从而降低单位功率的购置成本。本文分析研究了汽油机的增压技术要点。
增压技术最早应用于内燃机是在19世纪末,第一次世界大战时用于航空汽油机。初期采用的是轴流式压气机,直到20世纪60年代才出现了结构比较简单的径流式涡轮增压器,至此柴油机增压技术才获得了迅速发展。汽油机增压在技术上要比柴油机增压困难得多,目前在车用汽油机上应用还很少。
1 增压器的选配
对于车用增压器的共同要求是:流量范围要宽,转速高、尺寸小、重量轻、效率高、可靠性好。选择时应根据汽油机结构型式、使用要求及预期要达到的增压效果来确定。例如,对载货汽车则应考虑处于最大增压压力下工作的时间长,其工作点应落在压气机特性的高效率区,为了改善扭矩特性,汽油机低速时就应使增压器达到较高的增压压力。
在选配时,首先应根据要求的增压效果和汽油机耗气特性,通过估算初步选定,然后在试验台上做匹配试验,在试验中进行配合方案的修改。通常用改变增压器的扩压器、喷嘴环、压气机叶轮进出口面积和几何尺寸,以及采用增压压力控制装置等方法来调节压气机特性和运行线位置,以求得较为满意的配合特性。
2 增压压力控制装置
汽油机由于受爆震和热负荷的限制,必须控制增压压力,这是汽油机能否采用增压器的关键,它不仅是保证增压汽油机能正常运行,而且是避免增压器超速,调节增压器和主机联合运行特性的重要技术措施。增压压力的控制方法大致有如下几类:
(1)用排气放气阀控制增压压力。控制排气放气阀启闭的方式有两种:一是利用增压压力来控制,如图la所示,当增压压力小时,阀门4在弹簧3的作用下,落在阀座上,废气全部通过涡轮;当增压压力达到预定值后,阀门随着增压而逐渐打开,使部分废气旁通,使汽油机在高功率输出时,不至于出现过高的增压压力和增压器超速;二是利用排气压力来控制放气阀的开启,如图1b所示。
(2)用进气放气阀控制增压压力。当增压压力值达到规定值时,放气阀被打开,将一部分增压空气排入大气,这种控制方法一般只适用于前置方案。后置方案放掉的是混合气,既浪费也不安全。
(3)压气机进口和出口,或涡轮出口的节流控制。只要这些节流控制配合得当,也能给汽油机提供一种良好的扭矩特性,但都会使增压器的效率降低。
据有关试验结果表明,采用涡轮机前放气调节方案是目前车用汽油机增压较好的方案。
3 降低压缩比
适当降低压缩比,对增压汽油机的动力性和经济性都是有利的。下列经验公式可以利用:
式中ε1一不增压时所容许的最大压缩比;
ε2一增压时容许的压缩比;
P0一大气压力;
Pk一增压压力。
由上式可见,压缩比与增压压力间有一个最佳匹配问题,对具体汽油机来说,需要通过汽油机台架试验和汽车路试,从动力性、经济性、使用工况、机械负荷和热负荷以及增压器的使用寿命等诸方面,全面权衡后才能最后确定。