汽油機增壓的技術(shù)問題及其解決方案

　　評論：　更新日期：2018年07月28日

摘要：汽油機增壓，雖然在增壓原理上與柴油機增壓基本相同，但在技術(shù)上要比柴油機增壓困難得多。主要由于汽油機增壓后爆震的傾向增大，熱負荷增高，且增壓系統(tǒng)較為復雜。過去除高強化汽油機的賽車和高原行駛車輛采用增壓技術(shù)外，一般汽油機很少應用。20世紀70年代后，世界各地特別在發(fā)達國家，城市污染與噪聲已成公害，再加上石油危機，這就促使汽油機增壓技術(shù)得到較快的發(fā)展。本文主要講述了增壓問題及其解決方案。著重論述了存在的關(guān)鍵性技術(shù)問題：排溫過高、爆燃、熱負荷等。
關(guān)鍵詞：渦輪增壓? 爆燃? 熱負荷? 增壓中冷?
一、汽油機增壓技術(shù)的難點
（一）爆燃傾向增大
爆燃是氣缸內(nèi)未燃部分混合氣在火焰前鋒到來之前自行燃燒，在氣缸內(nèi)形成無方向的爆炸燃燒。因爆燃發(fā)生時，缸內(nèi)的壓力曲線出現(xiàn)高頻大幅度波動，同時發(fā)動機會產(chǎn)生一種高頻金屬敲擊聲，故又稱為敲缸或爆震。增壓使壓縮終了混合氣的溫度和壓力趨于升高，致使爆燃的傾向增大。汽油機由于受爆燃限制，壓縮比ε較低，因而造成燃燒膨脹不充分，致使排氣溫度較高。
（二）熱負荷加重
汽油機混合氣的濃度范圍窄，燃燒時的過量空氣少，造成單位數(shù)量混合氣的發(fā)熱量大，又因為汽油機不能利用加大掃氣來冷卻受熱零件，因此使得汽油機在增壓后的熱負荷偏高。
（三）混合氣的控制
??? 汽油機采用變量調(diào)節(jié)，化油器式發(fā)動機進行增壓時氣體流經(jīng)化油器喉口的壓力是變化的，不僅難于精確供應一定濃度的混合氣，還增加了一些如增壓方案的選擇、化油器的密封、加速響應性能等新問題。電控汽油噴射技術(shù)的應用，為增壓技術(shù)在汽油機中的應用掃除了一大障礙。
（四）汽油機與增壓器匹配困難
與柴油機相比，汽油機的轉(zhuǎn)速范圍寬，從低速到高速混合氣質(zhì)量變化大。當節(jié)氣門突然開打時，增壓器相應滯后；增壓后發(fā)動機排氣溫度高，易造成增壓器損壞；并出現(xiàn)低速時增壓壓力不足，高速時增壓壓力過高及壽命降低的情況。
二、汽油機渦輪增壓的主要技術(shù)措施
（一）汽油機增壓爆燃的技術(shù)措施
? 1、降低壓縮比ε
降低壓縮比可以降低壓縮中了混合氣的溫度Ta，控制爆燃的發(fā)生，正是增壓后解決爆燃的常用方法。實踐證明：在使用辛烷值為90的汽油時，汽油機的壓縮比從8.6降到7.0，廢氣渦輪增壓后的最大功率Pemax可增加60﹪，一般增加40%―50%。其次，也可以在缸體一側(cè)安裝保證傳感器來監(jiān)測發(fā)動機的爆震情況，由ECU適時地根據(jù)爆燃強度調(diào)整點火定時，是發(fā)動機點火始終工作在最佳的點火時刻。
? 2、增壓中冷
增壓后增壓器出口溫度（即進入氣缸的進氣溫度）Tk自然吸氣式的相比要高很多。增壓中冷就是在增壓器出口與進氣管之間加裝中間冷卻器，對進入氣缸的空氣進行冷卻，可以有效地降低壓氣機后氣體的溫度，增加混合氣的濃度，這是廢氣渦輪增壓發(fā)展的一個方向。采用增壓中冷技術(shù)可使汽油機在高速高負荷工況下得到較好的經(jīng)濟性和功率輸出，降低熱負荷，延長零部件的使用壽命。發(fā)動機中間冷卻技術(shù)的類型根據(jù)所采用的冷卻介質(zhì)的不同分為兩種，一種是利用發(fā)動機的循環(huán)冷卻水對中冷器進行冷卻，即水－空中冷系統(tǒng)。另一種是利用外界空氣冷卻，即空－空中冷系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，熱傳導效率高，汽車發(fā)動機大都采用空氣冷卻式中冷器?？眨罩欣湎到y(tǒng)由中冷器,進出氣連接管路組成，其中中冷器是其核心部件。
? 3、其他措施
??? 如采用高辛烷值的汽油，提高發(fā)動機的抗爆性；減小點火提前角；采用雙火花塞點火及向汽缸噴水等都可以降低汽油機在增壓后發(fā)生爆燃的傾向。
（二）汽油機增壓熱負荷高的技術(shù)措施
采用排氣放氣閥控制增壓壓力的方案可簡單有效地限制熱負荷，在有些發(fā)動機上，排氣旁通閥的開閉由安控單元控制的電磁閥操縱。電控單元根據(jù)發(fā)動機的工況，由預存的增壓壓力脈譜圖確定目標增壓壓力，并與增壓壓力傳感器檢測到的實際增壓壓力進行比較，然后根據(jù)其差值來改變控制閥的開啟時間，進而改變排氣旁通閥的開度，控制排氣旁通量，借以精確地調(diào)節(jié)增壓壓力以限制發(fā)動機的熱負荷。其次，電控廢氣再循環(huán)、增壓中冷技術(shù)對降低熱負荷也是有效的。
（三）汽油機與增壓器匹配的技術(shù)措施
汽油機要與增壓器良好匹配需要解決幾個問題：
? 1、需要對增壓壓力進行控制
車用汽油機工作轉(zhuǎn)速范圍較寬，發(fā)動機進氣質(zhì)量流量的變化范圍也較寬，這就要求增壓器具有較寬的流量范圍，以適應車用汽油機的要求。車用汽油機增壓要求在部分符合和部分轉(zhuǎn)速工況具有良好的轉(zhuǎn)矩特性及動態(tài)響應特性，要求汽油機在匹配渦輪增壓器時其基本匹配點必須選擇在部分工況，然而這會導致額定工況時增壓壓力過高。因此，要使車用汽油機在渦輪增壓后能在常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持一定的轉(zhuǎn)矩儲備，避免效率壓縮而導致重啟溫度過高，而且又能使其在額定增壓壓力下不至于過高而引起爆燃，因此需要對增壓壓力進行控制。如采用進氣減壓閥和排氣放氣閥、變截面渦輪、雙渦輪增壓器等。
? 2、渦輪增壓器響應之后的對策
非增壓汽油機的加速性較好，增壓后，當節(jié)氣門位置突然變化時，要求混合氣濃度迅速變化，但增壓器供氣往往跟不上，從而增壓汽油機的“反應滯后”現(xiàn)象比增壓柴油機更為嚴重。一般可采用脈沖渦輪增壓、增壓器前置方案；帶旁通閥的控制系統(tǒng)，減小進排氣管長度及容積、提高壓縮比及可變點火正時等措施，來減少“反應滯后”現(xiàn)象。