增压模式（精选7篇）
增压模式 篇1
1引言
随着全国汽车市场的飞速发展,人们对于整车的动力性、经济性、排放性的要求逐步提高,在现有的经济、技术条件下,给发动机加装涡轮增压器是最好的解决办法。增压技术不仅是内燃机强化的有效手段,而且对提高经济性和降低污染、噪声也有积极的影响,重卡用的涡轮增压发动机处于高温、高转速、大功率、大扭矩的工况下运行,了解涡轮增压器常见的失效模式以及合理的使用技巧,不但会提高整车的使用寿命,提高整车的动力性、经济性,而且也可以为用户节约维护保养的成本,成为用户一个新的创收点。
2废气涡轮增压器的工作原理
废气涡轮增压器的组成由涡轮,压气机,转子总成,轴承机构,中间体和密封装置等组成。工作原理是利用发动机排出的高温高压废气驱动废气涡轮旋转,废气涡轮带动同一轴上的压气机共同旋转,压气机压缩由空气滤清器过滤后的空气,使空气被压缩后增压进入发动机气缸内,提高发动机进气量的装置,减少废气中CO、HC、CL粒等有害物的排放。废气涡轮与压气机通常装成一体统称为废气涡轮增压器。
3常见的涡轮增压器失效模式
4涡轮增压器的注意事项以及合理使用技巧
通过以上介绍,总结出以下涡轮增压器在平时使用过程中需要注意的事项以及合理使用技巧。
1.使用合适的发动机机油级别
发动机的机油要按生产厂商说明书中规定的使用,重卡汽车发动机一般采用的都是CH级别以上的机油。
2.保持润滑系统机油压力在合格的范围内
发动机在运转过程中,当机油压力低于0.14MPa时应停机检查,以免机油压力过低造成增压器转子轴与轴承烧损,机油压力过高也可能造成机油窜入涡轮室或压气机室。
3.正确预热发动机
汽车发动机启动后不可以急加油门,应使发动机在怠速工况下运转3-5min,使机油温度升高,流动性能改善,增压器的轴承是浮动轴承,如润滑不良可使轴承因缺油而早期磨损甚至瞬间烧损。在冬季低温启动发动后至少怠速预热5min。
对于停车时间较长(一周以上)的车辆,在发动机启动前,一定要先将增压器润滑。方法是松开增压器进油管接头,向进油口倒入干净的与油底壳同牌号的机油。另外,在更换润滑油、清洗或更换机油滤清器时,都应按上述方法向涡轮增压器加注润滑油,然后再启动车辆。
4.发动机的正确熄火
发动机在带有负荷或长时间高速运转后,应使发动机怠速运转3-5min。如发动机在高转速下突然熄火机油泵便马上停止工作,而增压器的转子由于惯性继续高速运转,这样就可能造成涡轮增压器转轴与轴套之间“烧死”而损坏轴承和转轴。另外,发动机突然熄火后,排气歧管的高温会很快传递到涡轮增压器壳体上,增压器内部的机油也会因为过热而变质,甚至生成积碳。积炭积累过多就会阻塞进油口,加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。所以在高转速下应怠速运转3-5min,来降低增压器的转子转速和降低增压器的温度。同时在整车行使过程中,严禁采用“加速-熄火-空档滑行”的操作方法,这样也会因为机油泵停止供油而损坏涡轮增压器。另外,也要避免发动机长时间的怠速运转,否则也会因怠速时机油压力偏低,增压器转子轴浮起受影响,而导致转子轴、轴承和密封环等部件的早期磨损。
5.经常检查涡轮增压器的密封环是否失效
如果涡轮端油封失效,废气会通过密封环进入发动机润滑系统,时间久了就会使机油过早失效,此外,在发动机低速运转时机油也会通过密封环进入排气管,从排气管排出排出,造成排气管冒烟现象;如果压气机端油封失效,增压器内的机油便会窜入压气机壳,随着进气一起被吸入气缸内燃烧,造成机油过度消耗,产生“烧机油”的现象,严重时还会造成气缸内积炭增多。
6.定期更换机油
涡轮增压器的转子轴与其轴承的配合非常精密,如果机油过脏或变质,会将杂质或磨粒等带入增压器内,轻则加速轴承磨损,重则使转子轴与轴承咬死。因此,一定要定期更换机油,在每次换机油时,最好将机油滤清器一并更换。
7.到专业维修站维修增压器
涡轮增压器转子轴承配合精度很高,对维修及安装时的工作环境要求很严格,因此,当涡轮增压器出现故障或损坏时应到专业的维修站进行维修。
参考文献
[1]朱大鑫.涡轮增压与涡轮增压器.机械工业出版社.19922.
[2]陆家祥.柴油机涡轮增压技术.机械工业出版社.1999.09.
[3]于世元.涡轮增压器原理、结构和使用.国防工业出版社1985.
增压模式 篇2
一、电控旁通阀式涡轮增压器的组成及原理
电控旁通阀式涡轮增压器(即带有旁通阀的废气涡轮增压器)的组成如图1所示。该系统的主要装置有涡轮增压器、膜片执行器、中间冷却器、排气旁通阀和机械式换气阀等。系统的电控元件有发动机控制模块J220、增压压力调节电磁阀N75、增压空气再循环电磁阀N249、空气流量计G70、发动机转速传感器G28和增压压力传感器G31等。
1.涡轮增压器
涡轮增压器由涡轮机、压气机及中间体三部分组成,如图2所示。
2.膜片执行器(膜片控制阀)
膜片式控制阀的右室通大气,内有弹簧作用在膜片上。左室则连到增压压力控制电磁阀N75。
与膜片连接的联动杆用来控制排气旁通阀的开启与关闭。当左室压力低时,弹簧推动膜片左移,并带动联动杆将排气旁通阀关闭。当左室压力高时,膜片右移,并通过联动杆将排气旁通阀打开,使部分排气直接排入大气,从而降低涡轮机转速和增压压力。
3.增压压力控制电磁阀
增压压力控制电磁阀的结构如图3所示,增压压力控制电磁阀N75是1种两位三通式电磁阀。其3个管口分别通高压空气端(增压器下游)、低压空气端(增压器上游)和增压器膜片执行器。增压压力控制电磁阀N75的通断由发动机控制模块J220控制。当电磁阀断电时,膜片执行器的左室与低压空气端连通。当电磁阀通电时,膜片执行器的左室与高压空气端连通。
4.增压空气再循环电磁阀和机械阀
大负荷行驶时,突然松开加速踏板,节气门开度迅速减小,而涡轮转速仍然较高,若不加以控制,增压空气继续流向节气门,可能造成节气门的损坏。
此时,发动机控制模块J220将增压空气再循环电磁阀(N249)打开,接通空气再循环机械阀的真空回路。这样,增压气体在管路中形成局部循环,避免了增压空气冲击节气门,如图4所示。
二、增压压力的调节
增压压力与增压器转速有关,而增压器转速又取决于废气能量。发动机在高速大负荷时的废气能量多,增压压力高;在低速小负荷时的废气能量少,增压压力低。因此,涡轮增压发动机的低速转矩小,加速性差。为了获得低速大转矩和良好的加速性,轿车用涡轮增压器的设计转速常为标定转速的40%。这样,在高速时的增压压力将会过高,增压器可能超速。同时,还会使汽油机的热负荷过大并发生爆燃,为此必须对增压压力进行调节。
如图5(a)、(b)所示,排气旁通阀的开闭由电控单元ECU控制的增压压力控制电磁阀操纵。电控单元ECU根据发动机的工况,由预存的增压压力脉谱图确定目标增压压力,并与增压压力传感器检测到的实际增压压力进行比较,然后根据其差值来改变控制电磁阀开闭的脉冲信号占空比,以此改变电磁阀的开启时间,控制膜片执行器室右腔的气体压力,进而改变排气旁通阀的开度,控制排气旁通量,借以精确地调节增压压力。
三、涡轮增压系统增压压力不足的原因
1.电气系统故障
(1)增压压力控制电磁阀可能会出现线圈老化、断路等故障。
(2)控制电路可能会出现断路、短路和接触不良等故障。
(3)发动机控制模块可能会出现程序错乱、硬件损坏等故障。
2.机械故障
(1)增压压力控制电磁阀可能会出现卡死、堵塞等故障。
(2)膜片执行器可能发生损坏的故障。
(3)涡轮增压器可能会出现卡死、烧毁等故障。
(4)管路空气泄漏故障。
四、增压压力不足的检测步骤
1.检测进气歧管压力
查找进气歧管压力信号偏低的原因。检测涡轮增压器增压口到节气门之间的管路,查看是否有老化或裂口漏气出现;中冷器是否有腐蚀及裂口现象,如果上述部件有老化或漏气,在发动机急加速时一般可听到空气泄漏的声音。检查进气管到增压控制电磁阀软管、增压控制电磁阀到膜片执行器软管是否有断裂老化,如果有,应更换。
2.就车检测涡轮增压器的性能
拆下节气门处进气软管,用手堵住废气涡轮增压器增压气流的方向,起动发动机,应感觉压力有变化。如果急加速时没有明显压力变化,则为涡轮增压器、膜片执行器或电气系统故障。
3.膜片执行器的动作测试
将膜片执行器的连接软管取下,用真空泵施加一定的真空度,若膜片执行器的中心阀杆能自由运动,说明膜片执行器正常。
4.废气旁通阀的检测
若膜片执行器正常,用真空泵对膜片执行器施加一定的真空度,然后将中心阀杆吸到顶部,起动发动机怠速运转,用手感知来自废气涡轮增压器的气流,应明显感觉增压压力变大,急加速时,手的力量堵不住进气软管口,否则说明涡轮增压器机械部分故障。
5.电气系统检测
(1)控制电磁阀供电电压的检测:用多媒体诊断仪KTS-650万用表测试功能检查控制电磁阀,接通点火开关,用通道CH1黄色探针接端子(+),另一探针接地(-),测量电压值应为12V,否则为供电电路故障。
(2)控制电磁阀线圈电阻的检测:断开点火开关,拔下控制电磁阀线路插接器,用万用表测量控制电磁阀线圈电阻,阻值应在规定范围内。
增压中冷技术 篇3
对于汽车发动机, 我们总是希望它单位体积和重量的功率越大越好。为了提高功率, 需要增加单位时间燃烧的燃料量, 即要求增加单位时间进入气缸的空气量。为此目的, 一种措施是提高转速, 即增加单位时间内的循环次数;另一种措施是增加每一循环的进气量。
所谓增压就是将空气预先压缩后再进入气缸, 以提高空气密度, 增加进气量的一种技术。通过增加进气量, 相应的增加循环供油量, 这是提高发动机功率的一个重要途径。与相同功率的非增压发动机相比, 增压发动机不仅体积小, 重量轻, 功率大, 而且还降低了单位功率的成本, 提高了燃油经济性。同时, 增压中冷还可以降低发动机热负荷, 改善污染物的排放。因此, 增压中冷技术不仅广泛应用在柴油机上, 而且还推广到汽油机。它是改善发动机性能的重要技术手段。
增压有涡轮增压、机械增压和气波增压三种基本形式, 相对应的增压器分别称为涡轮增压器、机械增压器和气波增压器。
在增压发动机中, 功率的大小与增压压力成正比, 与增压温度成反比。不过, 根据热力学原理, 增压空气在增压器中压缩是按多变过程进行的。为了使增压后空气具有尽可能大的密度和较低的温度, 需要在增压器与发动机之间设置一个冷却器 (中冷器) , 对增压空气进行冷却, 即所谓中间冷却。各发动机厂对此有严格规定, 例如潍柴公司生产的W D615系列柴油机要求在大气温度25℃时, 中冷后的进气温度不得超过55℃。
中冷系统
发动机中间冷却技术的类型根据所采用的冷却介质的不同分为两种, 一种是利用发动机的循环冷却水对中冷器进行冷却, 即水-空中冷系统。当利用冷却水冷却时, 需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果, 这种方式成本较高而且机构复杂。在汽车上很少采用。另一种是利用外界空气冷却, 即空-空中冷系统。这种系统结构简单, 性能可靠, 热传导效率高, 汽车发动机大都采用空气冷却式中冷器。
空-空中冷系统由中冷器, 进出气连接管路组成, 其中中冷器是其核心部件。
1. 中冷器结构
中冷器主要由多块引导增压空气和冷却介质流 (水或空气) 的板壁组成, 在这两种介质之间不得产生混淆, 为了提高传热效果和扩大散热表面, 在介质流道中可以布置散热片。由此通过板壁和散热片可以间接地进行热交换, 通常散热片由导热性能良好的金属制成。为了降低制造成本, 介质流应按横流或横向逆流的原则进行。
水冷式中冷器可分为圆管式中冷器和扁管式中冷器。
(1) 圆管式中冷器圆管式中冷器芯子由许多散热片组成, 冷却圆管穿过散热片。冷却圆管与散热片上管孔翻边凸缘连接, 用来导热。可通过液压方式, 即压入液体使管子扩张, 或者用机械方式, 即用扩径器贯穿管子, 或者通过软钎焊使散热片凸缘与管子焊接起来。这三种工艺各有特点, 均能保证传热的质量。
圆管式中冷器的优点是对冷却水的要求较低, 性能可靠, 可直接供给经过筛滤的海水或河水。
(2) 扁管式中冷器就相对效率和压力损失而言, 圆管式中冷器系统不如扁管式中冷器, 对于采用相同结构尺寸的扁管式中冷器系统。由于扁管具有有利于流动的形状, 所以增压空气侧产生很小的压力损失, 因此可多布置散热片。但是扁管式中冷器仅限于封闭式的冷却系统, 因为较狭窄的管道要求更洁净的水。
(3) 空-空冷却中冷器为达到尽可能低的增压空气温度, 在航空和汽车发动机中, 温度水平较高的水冷是不可取的。与水冷式相反, 空-空中冷器中增压空气流过扁管, 在扁管内可设置内部紊流片。在管子之间布置冷却空气的散热带。冷却芯子的零件由铝制成, 并用硬钎焊连接起来。集气室可以用铝铸件或铝板制成, 在批量较大时 (轿车) 可用塑料制造。
2.进气管道的设计
进气管道原则上应尽量短并有利于空气流动, 但必须消除作用到发动机上的力, 对增压发动机更要注意这一点。在大多数情况下, 应有足够的弹性连接段以防止杂散应力的产生。同时, 管道必须进行适当固定。增压器前的空气管道应尽量与压气机进气轴线同轴布置, 直段长度至少应为压气机进气口直径的2～3倍。增压器后的高压管道管接头及橡胶软管必须耐油、耐0.2M P a以上的高压、190℃以上的高温。空气管道要求密封性良好, 注意使用合适的软管。并且要求管道光滑、软管卡箍可靠性高。从较小直径向较大直径的过渡管路应设计成圆锥形 (锥角7°左右) 。
中冷系统在汽车上的应用
1.轿车
在轿车上采用空-空中冷系统, 中冷器通常由行驶时的迎面风冷却, 也就是说, 中冷器的效果主要取决于汽车的行驶速度, 而冷却芯子中冷却空气的流速越高, 则冷却效果越好, 因此为使冷却空气在芯子中达到尽可能高的流速, 必须选择在空气侧有较低阻力的冷却系统。中冷器应布置在动压头较高的部位, 应力求使冷却空气能顺畅地流进和流出。
中冷器远离发动机安装时, 大多数在汽车的前部将中冷器安置在散热器 (水箱) 之前或在其旁边, 尽可能放在动压头较高的范围内。但其缺点是增压空气管较长, 而且大多数是弯弯曲曲, 并有弧度和截面变化, 这就会引起压力损失, 从而使冷却效率以及废气涡轮增压的响应特性恶化
靠近发动机安装时, 如果由于结构限制, 也可将中冷器安置在发动机的上面, 这样空气侧的途径较短, 因而压力损失较小。但是这种布置对于冷却空气的通道及密封有较高要求。
2. 卡车
涡轮增压器 篇4
涡轮增压具有以下几个特点:
(1) 增压器与发动机只有气体管路连接而无机械传动, 因此增压方式结构简单, 不需要消耗功率。
(2) 在发动机重量及体积增加很少的情况下, 发动机结构无需做重大改动, 便很容易提高功率20%～50%。
(3) 由于涡轮增压回收了部分能量, 故增压后发动机经济性也有明显提高, 再加上相对减小了机械损失和散热损失, 提高了发动机的机械效率和热效率, 使发动机涡轮增压后燃油消耗率可降低5%～10%。
(4) 涡轮增压发动机对海拔高度变化有较强的适应能力, 因此装有废气涡轮增压的汽车在高原地区具有明显的优势。
涡轮增压器使用中应注意事项:
(1) 增压器的转子轴转速高达80 000～100 000r/min, 若用一般机械中的轴承将无法正常工作。因此, 增压器的全浮动轴承与转子轴和壳体轴承之间均有间隙, 当转子轴高速旋转时, 具有0.25～0.4MPa压力的润滑油充满这两个间隙, 使浮动轴承在内外两层油膜中随转子轴同向旋转浮动轴承具有高速轻载下工作可靠等优点, 但同时浮动轴承对润滑油的要求很高, 必须注意按规定牌号加注润滑油。
(2) 润滑油必须清洁, 否则将加速轴承磨损, 甚至导致增压器及发动机性能恶化。因此, 必须严格按照保养规定, 定期清洗机油滤清器滤芯。
(3) 按保养规定定期清洁空气滤清器, 每两年便更换一次空气滤清器滤芯或按行驶里程定期更换。使用中应经常检查进气系统和排气系统的密封性。
(4) 为确保浮动轴承的润滑, 发动机刚起动时, 应怠速运转几分钟 (至少30s) 。停机时也同样如此, 逐渐减少负荷, 直至怠速运转几分钟后方可停机。
(5) 增压器在使用了2000～2500h后, 应在发动机不解体的状态下测量转子轴的轴向移动量。若超差则应将增压器拆下检修, 或更换增压器。
(6) 增压器是一个精密部件, 如需要分解, 必须严格按说明书操作, 以免装配时破坏其原有动平衡。
(7) 分解后装配的增压器还需检查转子轴的轴向移动量及径向间隙。
摘要：涡轮增压器:它本身并不是一种动力源, 而是利用发动机排出的废气能量驱动涡轮高速旋转, 带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转, 将新鲜空气压缩输入发动机气缸, 这样就增加了燃烧室内氧气含量, 从而改善了燃油的燃烧条件, 提高了发动机功率, 降低了燃油消耗, 减少了废气有毒物质的排放, 并可降低噪声, 从而最终实现环保节能、提高功率的作用。
浅析涡轮增压技术 篇5
涡轮增压, 其英文名字为Turbo, 当我们在车辆尾部看到Turbo或者T这样的字母, 表明该车采用的发动机就是涡轮增压发动机。
涡轮增压 (Turbo Boost) , 是一种利用内燃机 (Internal Combustion Engine) 运作所产生的废气驱动空气压缩机 (Air-compressor) 的技术。
涡轮增压器最早应用于飞机引擎上, 其发明者是瑞士工程师比希。直到1961年通用汽车公司才将涡轮增压器装在其生产的某种车型上。而20世纪70年代才真正成为涡轮增压器的一个转折点, 当时装配增压发动机的保时捷911问世。但真正让涡轮增压技术焕发青春的是瑞典SAAB萨博公司, 它在1977年推出的SAAB99车型将涡轮增压技术传播的更广, 不过当时的涡轮增压器仅装配在小车的汽油发动机上面。直到80年代中期, 欧美的卡车制造商才将涡轮增压技术应用在柴油机上, 而国产车则是最近这几年才开始流行带涡轮增压器车型的。
2 涡轮增压的分类
涡轮增压从工作方式上大致可以分为以下几种类型:
(1) 废气涡轮增压系统。发动机与增压器没有任何机械上的关系, 其压气机主要利用发动机的废气来驱动涡轮维持动力。一般情况下, 增压压力能达到180~200kpa, 甚至300kpa, 通过增设空气冷却装置给高温压缩空气实施冷却。从而应用发动机排出的废气达到增压目的。这种增压系统目前应用最为广泛。
其主要优点是:提高的功效比机械增压要大。
主要缺点:因油门的开启速度略快于发动机的动力输出速度, 所以存在“涡轮迟滞”;另外发动机尾气从汽缸中被排出后需要推动涡轮, 使废气在排气管道运动的过程中遇到阻碍, 增加了排气背压, 影响汽缸排气的顺畅性。
(2) 机械增压系统。通过发动机的曲轴和皮带相连, 发动机工作时, 曲轴输出动力来增压器转子的旋转, 空气被加压后吹到进气道中。
主要优点:由于发动机转速和增压器转子的转速是速度同步的, 所以不会存在超前或滞后现象, 发动机动力输出流畅而且稳定。
主要缺点:摩擦力大, 动力消耗厉害, 增压效率低。
(3) 气波增压系统:是利用高压废气的脉冲气波来迫使空气压缩。
优点:增压性能好、加速性好。
缺点:整个增压装置比较笨重, 不适合安装在体积较小的轿车里面。
(4) 电机增压
其技术与废气涡轮增压技术相类似。与气动增压 (汽波增压/废气增压) 及机械增压的主要区别在于:增压的动力来源不同。气动增压是利用尾气增压, 机械增压利用发动机的动力增压, 电机增压则利用的是车载电池来带动电机—空气压缩器。目前此技术已经被应用于家庭轿车上。
优点: (1) 与气动增压方式相比其运行性能更加稳定。
(2) 原理及构造更加简单, 改装方便。
(3) 经济性价比高, 可以节省很大的成本。
缺点: (1) 增压功率相对较低。与机械增压和涡轮增压相比, 因为车载电池的功率限制, 一般增压只能增幅12%~16%。
(4) 缩短车载电池的使用寿命。
(5) N2O增压 (氮氧增压)
氮氧增压是将一氧化二氮 (N20) 强制灌入引擎中, 一氧化二氮受热之后会分解成两个氮分子和一个氧分子, 分解出来的氧分子就可以增加混合气中氧的浓度, 使引擎产生更大的动力。
其与其他增压方式的是:氮氧增压是直接通过燃烧介质来增压的, 而其他技术则是通过改变空气密度来实现增压的
优点:增压效率稳定, 效率高, 增压幅度大。
缺点:工作稳定性差。长时间使用会加快发动机寿命下降或者爆缸, 会使车辆的零部件在超负荷工作状态下加速疲劳导致损坏。
(6) 复合增压系统。在发动机上采用废气涡轮增压器的同时应用机械驱动式增压器。当然还有其他增压方式, 如气波增压、惯性增压等。
从上述内容可以看出, 涡轮增压的方式有很多种, 不过目前车上使用较为广泛的两种增压方式分别为废气涡轮增压和电机增压, 接下来本文就这两种增压方式进行讲解。
3 废气涡轮增压系统
3.1 定义
废气涡轮增压是进气增压的一种方式, 增压器 (增压过程中采用的压气面) 是由发动机工作时排出的废气来带动的。利用发动机排出废气的惯性冲力来推动涡轮室内涡轮的旋转, , 同时涡轮又带动同轴的叶轮旋转, 由叶轮来压送由空气滤清器管道送来的空气, 使之增压后进入气缸。当发动机转速增加时, 废气排出的速度与祸轮的转速也同步增加, 这样叶轮就可以压缩更多的空气进入气缸, 使空气的压力和密度增大, 因而可以燃烧更多的燃料, 相应地增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言, 加装废气涡轮增压器后发动机功率及扭矩要增大20%~30%。
3.2 工作原理
涡轮增压器连接到发动机的排气歧管。气缸内排出的尾气驱动涡轮旋转, 涡轮通过一根轴与安装在空气过滤器与吸气管之间的压缩机相连。从而带动压缩机同步旋转, 压缩机把经过空气滤清过滤的空气压缩到气缸中。在连接涡轮的轴另一端, 压缩机将空气抽到气缸中。由于压缩机是一种离心泵, 在它叶片的中心位置将空气吸入, 在旋转的过程中将空气甩到外面。
涡轮增压器的一个主要问题是:当踩下油门时, 发动机不能立即增压, 而是需要几秒时间才能使涡轮提升转速, 然后才能产生增压。这样就产生了增压延时, 为了减少涡轮延时可以通过减少旋转件的重量来实现。这样就可以使涡轮机和压缩机能够更快地增压。其中比较有效的方法是减少涡轮增压器的尺寸。
4 电机增压系统
4.1 定义
电动机械增压器与传统的机械空气压缩机没有任何关系, 其提高动力输出的方式是通过向发动机气缸燃烧室内导入更多的空气和燃油。简单来说就像一个风扇, 把可用空气加压后流入发动机进气系统。
4.2 工作原理
电动机械增压器是利用了一个开关磁阻电动机, 该电机的转速每分钟可达上万转, 直流电动机利用电能发挥其效用, 其电能来自于蓄电池, 由于直流电动机的使用, 与由废气驱动的涡轮相比, 电动机械增压器的涡轮增压器启动更迅速。和普通涡轮增压器的工作方式相同, 电动机械增压器也是压缩经空气滤清器过滤后的空气, 然后再输送到气缸中完成更强劲的燃烧做功冲程。与常规进气增压系统存在的最大不同点是, 电动机械增压器中的电动机使压缩机加速的旋转, 而不是作用在排放废气上。
5 结论
本文通过对涡轮增压系统的发展历程回顾, 并分析不同增压技术的优缺点, 并重点阐述了废气涡轮增压技术和电机增压技术这两种常用的增压技术, 旨在为想了解涡轮增压系统知识的人提供一定的参考。
摘要：目前大部分的家庭轿车上都装配有涡轮增压系统, 本文主要论述涡轮增压系统的概念及发展历程, 以及不同增压系统的优缺点, 并重点阐述了废气涡轮增压和电机涡轮增压这种目前应用较为广泛的增压系统。
关键词：涡轮增压,废气增压,电机增压
参考文献
[1]蒋德明, 编.内燃机的涡轮增压[M].机械工业出版社, 1986.
[2]宋守信, 编.内燃机增压技术[M].同济大学出版社, 1993.
认识增压发动机 篇6
一、增压的原理
对于自然吸气发动机来说, 空气是在活塞向下运动时被动地吸进气缸中去的, 由于活塞向下运动时产生了一个真空度, 则在大气压力的作用下, 空气被挤进了气缸。所以从理论上讲, 无论活塞与气缸壁的密封性有多好, 进气时产生的压力差永远不可能高于1个大气压。
我们知道, 发动机的动力是通过将汽油或柴油与空气的混合物燃烧后产生的热能转换成机械能来实现的。也就是说, 进入气缸内的空气/燃油混合物越多, 则燃烧产生的热量就越多, 转换成的机械能也就越多。这就是为什么排量越大的发动机动力性越好的原因。那么, 在排量一定的情况下, 如何使发动机的动力进一步提升呢?答案就是“增压”。
所谓“增压”, 就是指把空气压缩后再引入到气缸内燃烧。压缩后的空气密度更大, 单位体积所含的氧分子更多, 这样只要喷入更多的燃油, 按照理论空燃比混合, 就能在排量不变的情况下得到密度更大的空气/燃油混合物, 经过燃烧后就能获得更多的热能, 从而转换出更大的动力。所以, 不论什么增压器, 其原理都是提高进入气缸的空气压力, 从而提高进氧量, 最终的目的是提高混合气的燃烧效率, 减少燃油消耗, 降低排放, 提高动力性。
二、增压发动机与自然吸气发动机在性能上的差异
在深入了解增压发动机之前, 我们先来看一组车型的发动机动力数据 (见表1) , 从表中的参数可以很直观地看出, 1.8L级别的增压发动机, 其功率相当于2.4L级别的自然吸气发动机, 而扭矩甚至比2.4L级别的更高。可见, 相同排量的发动机, 在其它技术相当的情况下, 功率相差30%, 扭矩则相差了33%。增压发动机的表现是跨级别的, 所有带“T”或带机械增压的发动机, 其实际性能表现均相当于排量比它高一级甚至两级的自然吸气发动机。
另外, 从扭矩曲线我们可以看出, 增压发动机的最大扭矩往往是处于某一转速区间 (如图1所示) , 并且在每分钟1000多转时就有最大扭矩输出了, 而自然吸气发动机的最大扭矩是位于某一实际转速 (如图2所示) 。
三、涡轮增压与机械增压的区别
涡轮增压与机械增压的不同之处在于它们的能量来源不同。涡轮增压器 (如图3所示) 是借助排出的巨大废气流来驱动涡轮的, 而机械增压器 (如图4所示) 则是由发动机曲轴通过传动带或传动链带动的。
1. 涡轮增压的增压值与迟滞问题
涡轮增压是利用涡轮压缩空气来增压, 其工作原理与水泵相似。我们知道, 水泵是利用涡轮叶片旋转时产生的离心力, 将壳体中的水甩到涡轮叶片的末端, 在轴心形成一个低压区, 这样就可以不断地给水加压。涡轮增压发动机的涡轮叶片与水泵叶片一样, 也是利用高速旋转的涡轮产生的压力差将空气压缩, 不同的是压缩空气所需要的涡轮转速比水泵要高得多, 通常涡轮增压器的涡轮要有100000r/min的超高速才能有效地压缩空气。
发动机的排气具有非常高的温度和压力, 涡轮增压发动机就是利用废气的高温、高压来驱动废气涡轮高速旋转, 并通过一根转轴带动进气涡轮以同样的速度高速旋转, 从而达到压缩空气的目的。这就是为什么涡轮增压发动机能够如此大幅度地提高发动机输出功率的原因。涡轮增压器能让发动机的动力性提高20%~30%。由于它利用的是发动机排出的废气, 所以整个增压过程不消耗发动机本身的动力 (如图5所示) 。
虽然增压过程不会消耗发动机本身的动力, 但压缩空气的量并非越大越好, 也就是说增压值是有限度的。因为压缩后的空气会放出大量热量, 这些高热量的空气/燃油混合物进入气缸后, 在压缩行程中很容易产生“爆燃”。所谓“爆燃”, 就是在活塞没有到达上止点, 火花塞没有开始点火前, 混合气就开始燃烧了。
为了防止“爆燃”, 增压发动机通常需要采取两个措施, 一是降低压缩比, 二是降低进气温度。通常, 增压发动机的压缩比要比普通自然吸气发动机低一些, 压缩比降低后, 活塞在压缩行程时产生“爆燃”的可能性就会大大降低。
降低进气温度的方法是采用中冷器, 中冷器就像我们平常看到的散热器一样, 只不过里面不是冷却水, 而是刚被增压器压缩后的高压空气, 高压空气通过中冷器后温度会降低, 但密度会更大, 效率会更高, 而最重要的是可减小“爆燃”的风险。因此, 所有增压发动机的增压值都必须是有一个限度的, 不可能无限制地增大。
在发动机怠速和转速较低时, 由于排气能量非常低, 不足以驱动涡轮, 所以这时的增压器是不工作的。也就是说, 此时的发动机相当于一台自然吸气发动机。由于为了减小“爆燃”的风险, 所有增压发动机均降低了压缩比, 所以在涡轮介入之前, 增压发动机的实际动力输出甚至还不及一台同排量的自然吸气发动机。
例如, 老款的帕萨特1.8T车型就明显存在着起步加速无力的现象。因为发动机转速在2000r/min以下时, 涡轮增压器并没有完全投入工作, 即便是排气能量已经达到驱动涡轮的程度, 涡轮从静止加速到100000r/min也需要一定时间。所以, 在涡轮启动到涡轮完全投入工作的这段时间, 发动机的效率都是十分低下的, 此时的发动机动力极弱, 这就是涡轮迟滞的本质。
2. 机械增压的能量消耗与转速
与涡轮增压相比, 机械增压的原理则完全不同, 它不是依靠没有用的废气能量来压缩空气, 而是通过一个机械式的空气压缩机与曲轴相连, 通过发动机曲轴的动力来带动空气压缩机旋转, 从而压缩空气, 即通过2个转子的相对旋转来压缩空气 (如图6所示) 。
既然机械增压是依靠曲轴的转动能量来压缩空气的, 那么肯定会损耗一定的发动机动力, 因为压缩空气时空气会放出大量的热, 这相当于把增压器旋转的机械能转换成了热能, 压缩的空气量越多, 产生的热量越多, 机械增压器的能量损耗也就越大。由于发动机的进气量与发动机转速和节气门开度是成比例关系的, 所以发动机转速越高, 增压器消耗的发动机功率也就越多。
为了避免在高转速时能量损耗过大, 所有机械增压发动机都给增压器配备了断开装置, 最常见的设计方式是通过一个电磁离合器来实现, 通过电脑控制其接通和断开。但是, 这种方式存在的问题是增压器的断开和介入具有突然性, 会令高速状态下的平顺性降低, 而且也不利于高速下的振动平衡。
由于低转速时空气流量较小, 机械增压发动机的增压器时刻处于工作状态, 但当转速超过5000r/min后, 增压器就会停止工作, 因为再继续增压下去的话, 增压器就成了累赘, 这就是机械增压发动机的转速通常不高的原因。
3. 涡轮增压与机械增压的优缺点
涡轮增压具有良好的加速持续性, 通俗地说就是后劲十足, 而且最大扭矩输出的转速范围宽广, 扭矩曲线平直 (参见图1) 。但是, 由于涡轮不能及时地介入, 导致低速时的动力性极差。
机械增压则与其相反, 由于增压器在发动机低转速时能够时刻为发动机提供压缩空气, 所以机械增压发动机的低速扭矩十分出色。另外, 由于空气压缩量是完全按照发动机转速线性上升的, 因此整个发动机的运转过程与自然吸气发动机极为相似, 加速十分线性, 没有涡轮增压发动机在涡轮介入时的唐突, 也没有涡轮增压发动机的低速迟滞。但是, 由于高转速时机械增压器对发动机动力的损耗巨大, 所以不适合高转速发动机, 机械增压器主要用于一些注重低速扭矩的车型上。
井下增压钻井提速技术研究 篇7
1 井下螺杆增压钻井技术
井下螺杆增压技术是利用现有成熟的螺杆钻具及柱塞泵工作原理而研究发展起来, 井下螺杆增压装置的长度大于在10m左右, 其外观和普通的钻铤相同, 最上部为常规的螺杆钻具, 通过在最下部改装了与增压器连接的转换接头, 螺杆钻具为井下增压装置的动力来源, 通过转换接头螺杆钻具的转子就和增压器内部动力换向结构连接到一起, 螺杆钻具的下部是增压器的动力换向机构, 该机构有两个拨叉组成, 包括上拨叉和下拨叉, 通过上拨叉拨动下拨叉往复运动, 将上部螺杆钻具转子的旋转运动转换为往复运动。动力换向机构的下部就是增压柱塞泵, 下拨叉的往复运动带动柱塞泵的柱塞往复运动, 将大约3%-5%的钻井液进入到柱塞泵, 通过柱塞泵对钻井加压, 加压后的钻井液通过特制的超高压流道连接到钻头喷嘴, 加压后的钻井液通过钻头喷嘴喷出, 形成高压喷射辅助钻头机械破岩, 该类型的井下增压器工作稳定、增压压力可控、结构简单。井下螺杆增压装置已在胜利油田、吉林油田、四川地区现场试验多口井, 提速效果明显, 与邻井相比机械钻速均提高了50%以上, 由于地层的不同, 提速的效果不同, 最高的可以提高机械钻速一倍以上。总体上分析, 在软地层由于机械钻速本来就很高, 提速效果不是太明显, 而在中硬到硬地层, 提速效果明显。
2 井下减震增压钻井技术
在钻井过程中, 井底钻头工作时存在纵向和横向振动, 井下减震增压钻井装置就是利用井底钻头的纵向振动而研制出的, 通过将钻头的纵向运动转化为增压装置的往复运动, 在不利用钻井液水力能量的前提下, 对部分钻井液进行加压, 在钻头喷嘴处形成高压喷射。既减少了井底钻头的纵向振动, 保护了钻头, 同时可以形成高压喷射辅助钻头破岩。具体的工作原理为在井底钻头工作时, 钻头的产生的纵向振动通过转化接头带动连接轴及柱塞上下运动, 而增压器的柱塞外筒通过连接装置连接上部钻铤。当井底钻头产生向上的纵向振动时, 钻头连接的柱塞产生向上的运动, 而柱塞外筒保持相对静止, 这样在增压器的内部形成负压, 部分钻井液在负压的作用下进入到增压缸内, 当钻头产生向下产生纵向振动时, 柱塞相对与柱塞外筒向下运动, 实现了增压缸内的钻井液加压。通过增压缸增压后的钻井液, 通过特制的超高压流道, 流道钻头喷嘴处, 从钻头喷嘴喷出形成高压喷射, 辅助钻头破岩。该技术已在胜利油田现场试验三口井, 现场试验结果表明该技术提速效果明显, 而且具有显著的减震作用。由于该技术动力来源是井下钻头产生的纵向振动, 因此产生的高压射流不稳定, 而且不适用于定向井和水平井, 具有一定的局限性。由于该技术具有减震和增压两种作用, 因此具有较强实用性, 特别是在利用该技术钻坚硬地层时, 井下减震增压装置具有良好的减震作用, 由于井底钻头的振动产生的井口设备的振动得到了明显的抑制。
3 井下射流增压钻井技术
射流式井下增压装置利用射流节流, 通过不断的改变射流的方向, 带动下部的上下两级增压装置。通过节流元件将钻井液形成一定的节流压降, 节流压降可以实现上下两级增压缸的往复运动, 从而形成高压射流, 辅助井底钻头破岩。在增压装置增压工作的过程中, 通过射流原件产生的节流压降, 产生的节流压降通过设计的流道分别连接到增压装置的上下活塞缸上, 由于压降的作用, 增压缸开始带动活塞向下运动, 对钻井液井下加压, 形成高压射流。在增压装置泄压的过程中, 形成节流压降的低压流道关闭, 通过射流原件后的钻井液直接进入到增压缸内, 推动活塞上移, 同时吸入钻井液, 完成了增压装置的复位过程。该技术已在吐哈油田现场试验, 实验结果表明机械钻速提高了30%以上, 结构合理, 工作稳定可靠。该技术充分利用了井下钻井液的能量, 通过射流的作用形成了增压泵的高压流体, 能量的转换效率相对较高。
4 结束语
提高钻井速度是目前石油钻井降低钻井成本, 提高经济效益的主要方式之一。随着科学技术的不断发展, 新型的钻井技术不断的发展与应用, 大大的提高了石油钻井的速度和钻井的质量。其中利用井下增压钻井技术, 在井底钻头形成高压喷射提高机械钻速的方法, 近年来发展迅速, 通过新型井下增压技术现场试验结果表明, 该技术提高机械明显。文章通过研究, 分析了井下螺杆增压钻井技术、减震增压钻井技术、射流增压钻井技术的工作原理及现场试验情况。目前这些技术还处在现场试验的阶段, 实现推广应用还有一定的距离, 应当加快增压装置的系列化和标准化, 扩大增压装置的应用范围, 对于提高石油钻井速度和降低钻井成本具有重要意义。
摘要：随着我国石油资源的不断枯竭, 石油勘探开发逐渐的转向深井硬地层和复杂地层, 在这些地层钻井中存在着钻井速度慢, 钻井成本高难题, 亟需新型的钻井新技术新方法研究。油气井的钻井实践表明, 通过在井底钻头喷嘴处形成高压喷射射流, 可以大幅度的提高钻井速度, 降低钻井成本。因此国内外钻井工程研究人员提出井下增压钻井新技术, 文章通过调研和理论研究, 分析了井下螺杆增压技术、井下减震增压技术、井下射流增压技术的工作原理、工艺流程及现场试验的效果。为提高石油钻井速度降低钻井成本提高技术基础。
关键词：石油钻井,井下增压,高压喷射,工作原理,现场试验
参考文献
[1]李洪敏.井下增压钻井技术的新进展[J].石油科技论坛, 2004[1]李洪敏.井下增压钻井技术的新进展[J].石油科技论坛, 2004