黃謀祿

摘 要：從基本原理方面來說，汽油機(jī)增加和柴油機(jī)較為相似，但是從技術(shù)方面而言要大大的難于柴油機(jī)。這是因?yàn)槠蜋C(jī)增壓之后爆震傾向提高，熱負(fù)荷增多，同時(shí)增壓系統(tǒng)更加復(fù)雜。以前除開高強(qiáng)化汽油機(jī)的賽車以及高原行駛車輛之外，普通的汽油機(jī)很少應(yīng)用。上世紀(jì)七十年代開始，全球很多國家尤其是發(fā)達(dá)國家，城市噪音污染日益嚴(yán)重，加之石油危機(jī)的出現(xiàn)，迫使汽油機(jī)增壓技術(shù)必須更快的向前發(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(fù)荷等。

關(guān)鍵詞：渦輪增壓；爆燃；熱負(fù)荷；增壓中冷

1 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的難點(diǎn)

1.1 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。由于爆燃出現(xiàn)后，缸內(nèi)壓力曲線產(chǎn)生高強(qiáng)度的波動(dòng)，另外發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)一種高頻金屬敲擊聲，故又稱為敲缸或爆震。增壓讓壓縮終了混合氣的溫度與壓力逐漸增加，造成爆燃傾向提升。汽油機(jī)因?yàn)槭艿奖枷拗疲瑝嚎s比減少，所以導(dǎo)致燃燒膨脹度不足，造成排氣溫度提升。

1.2 熱負(fù)荷加重

汽油機(jī)混合氣濃度范圍較窄，燃燒過程中過量空氣不多，導(dǎo)致單位數(shù)量混合氣的發(fā)熱量提升，同時(shí)由于汽油機(jī)無法借助于提高掃氣來讓零件冷卻，所以讓汽油機(jī)增壓之后的熱負(fù)荷有所提升。

1.3 混合氣的控制

汽油機(jī)一般為變量調(diào)節(jié)，化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓過程中，氣體通過化油器喉口的壓力處于變化狀態(tài)，不但無法非常準(zhǔn)確的供應(yīng)某種濃度的混合氣，同時(shí)還提供了類似于增壓方案選擇、化油器密封以及加速響應(yīng)性能等一些問題。電控汽油噴射技術(shù)的應(yīng)用，為增壓技術(shù)在汽油機(jī)中的應(yīng)用掃除了一大障礙。

1.4 汽油機(jī)與增壓器匹配困難

和柴油機(jī)比起來，汽油機(jī)轉(zhuǎn)速范圍更寬，從低速到高速混合氣質(zhì)量明顯變化。節(jié)氣門打開后，增壓器會(huì)在一定程度上滯后；增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度提升，非常容易導(dǎo)致增壓器損壞；可能存在低速狀態(tài)下增壓壓力不夠，高速狀態(tài)下壓力增加且壽命不足的問題。

2 汽油機(jī)增壓爆燃的技術(shù)措施

2.1 降低壓縮比

降低壓縮比能夠減少壓縮中了混合氣溫度 Ta，對(duì)爆燃現(xiàn)象予以有效控制，是增壓之后處理爆燃問題的一種慣用手段。實(shí)踐說明，當(dāng)辛烷值 90的汽油在使用過程中，汽油機(jī)壓縮比會(huì)從 8.6下降到 7.0，廢氣渦輪增壓之后的最大功率 Pemax會(huì)提高 60%，通常情況下提高 50%左右。另外，能夠在缸體一側(cè)設(shè)置保證傳感器來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震情況予以監(jiān)測(cè)，借助于 ECU合理的結(jié)合爆燃強(qiáng)度對(duì)點(diǎn)火定時(shí)進(jìn)行調(diào)整，讓發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火保持在最佳工作狀態(tài)。

2.2 增壓中冷

汽油機(jī)增壓之后增壓器出口溫度 Tk自然吸氣式的相比大大增加。增壓中冷便是在增壓器出口和進(jìn)氣管之間設(shè)置中間冷卻器，對(duì)進(jìn)入汽缸之內(nèi)的空氣予以冷卻，能夠在很大程度上減小壓氣機(jī)后氣體溫度，提高混合氣濃度，這也是廢氣渦輪增壓未來的發(fā)展方向之一。應(yīng)用增壓中冷技術(shù)能夠讓汽油機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀況下獲得更好的經(jīng)濟(jì)性與功率輸出，減小熱負(fù)荷，提高零部件的壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)中冷技術(shù)的主要類型按照選擇的冷卻介質(zhì)差異性一般分為兩種類型，其一是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)冷卻水對(duì)中冷器實(shí)施冷卻，即是水——空中冷系統(tǒng)，其二是依靠外部空氣冷卻，即是空——空中冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，系統(tǒng)相對(duì)簡單，熱傳導(dǎo)效率較大，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)基本上都是空氣冷卻式中冷器。

2.3 其他措施

如采用高辛烷值的汽油，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的抗爆性；減小點(diǎn)火提前角；采用雙火花塞點(diǎn)火及向汽缸噴水等都可以降低汽油機(jī)在增壓后發(fā)生爆燃的傾向。

3 汽油機(jī)增壓熱負(fù)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(fù)荷，在有些發(fā)動(dòng)機(jī)上，排氣旁通閥開合主要是通過電磁閥予以操作。電控系統(tǒng)按照發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際狀況，由預(yù)存增壓壓力脈譜圖來計(jì)算出目標(biāo)增壓壓力，同時(shí)和增壓壓力傳感器偵測(cè)到的增壓壓力實(shí)施比較分析，再結(jié)合實(shí)際差值來調(diào)整控制閥的開啟時(shí)間，以此來變更排氣旁通閥的開合度，對(duì)排氣旁通量予以有效控制，更加準(zhǔn)確的對(duì)增壓壓力進(jìn)行修訂調(diào)整以限制發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷。其次，電控廢氣再循環(huán)、增壓中冷技術(shù)對(duì)降低熱負(fù)荷也能夠發(fā)揮出較大的作用。

4 汽油機(jī)與增壓器匹配的技術(shù)措施

汽油機(jī)要與增壓器良好匹配需要解決幾個(gè)問題：

4.1 需要對(duì)增壓壓力進(jìn)行控制

車用汽油機(jī)一般來說轉(zhuǎn)速范圍都相對(duì)較寬，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣質(zhì)量流量變化范圍相對(duì)較寬，所以增壓器必須要能夠具備一定的流量范圍，從而滿足車用汽油機(jī)的這一特性要求。車用汽油機(jī)增壓應(yīng)當(dāng)在部分滿足以及部分轉(zhuǎn)速狀況較好及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，需要汽油機(jī)在匹配渦輪增壓器的過程中，基本匹配點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選擇部分工況，但是這可能造成額定工況狀態(tài)下的增壓壓力提升。所以要讓車用汽油機(jī)在渦輪增壓之后可以在普通轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)維持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，防止效率壓縮造成重啟溫度提升，同時(shí)又可以讓它在額定增壓壓力之下不會(huì)因?yàn)閴毫μ叨鴮?dǎo)致爆燃，所以必須對(duì)壓力實(shí)施有效控制。如采用進(jìn)氣減壓閥和排氣放氣閥、變截面渦輪、雙渦輪增壓器等。

4.2 渦輪增壓器響應(yīng)之后的對(duì)策

非增壓汽油機(jī)的加速性較好，增壓后，當(dāng)節(jié)氣門位置突然變化時(shí)，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(jī)的“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象比增壓柴油機(jī)更為嚴(yán)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(jìn)排氣管長度及容積、提高壓縮比及可變點(diǎn)火正時(shí)等措施，來減少“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象。

5 廢氣渦輪增壓型汽車的使用和維護(hù)

5.1 小油門啟動(dòng)，升溫加速，怠速后熄火

因?yàn)闇u輪增壓器處在發(fā)動(dòng)機(jī)頂部位置，機(jī)油通過冷卻器以及濾清器后，才可以抵達(dá)渦輪增壓器。機(jī)油從冷卻器到增壓器可以說會(huì)消耗較長的過程。為保證增壓器全浮動(dòng)軸承潤滑，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后必須要保持怠速運(yùn)行 5分鐘左右，確保機(jī)油上升到某一溫度與壓力，之后再進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作完成后需要慢慢的降低負(fù)荷，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘后熄火，確保全浮動(dòng)軸承內(nèi)的機(jī)油慢慢流出，防止軸承出現(xiàn)沖擊。若突然關(guān)死油門會(huì)因?yàn)閼T性的作用，增壓渦輪依舊進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)，另外渦殼以及渦輪軸溫度提高到千度左右，這一狀態(tài)下油泵由于發(fā)動(dòng)機(jī)停止而不進(jìn)行作業(yè)，渦輪增壓器在缺乏充足機(jī)油潤滑的狀態(tài)下進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)增壓器高溫部分熱量逐漸朝著低溫部分轉(zhuǎn)移，讓軸承的溫度也開始逐漸提高，軸承位置的機(jī)油會(huì)由于溫度上升而逐漸老化甚至燒焦， O型密封換破損或軸承咬死的情況容易出現(xiàn)，渦輪增壓器的壽命會(huì)因此而大大減少。所以，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)之后，熄火前應(yīng)當(dāng)保持怠速 5分鐘左右，確保機(jī)油把增壓零件剩余的熱量分散，等待機(jī)體溫度降低之后再進(jìn)行熄火操作。若渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)之下由于其他因素被熄滅，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行重啟，避免熱量長時(shí)間聚集而導(dǎo)致增壓軸承咬死的情況出現(xiàn)。同時(shí)，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)當(dāng)避免在啟動(dòng)以及熄火之前出現(xiàn)轟油門的情況，怠速運(yùn)轉(zhuǎn)也應(yīng)當(dāng)盡可能在 10分鐘之內(nèi)。

5.2 做好增壓器預(yù)潤滑

針對(duì)使用新增壓器、更換增壓器或者增壓器拆卸之后長期處于停機(jī)狀態(tài)又重新啟用的廢氣渦輪增壓型發(fā)動(dòng)機(jī)來說，需要打開增壓器上的進(jìn)油管接頭，向油管中倒入 50ml左右的干將機(jī)油，之后擰緊油管接頭同時(shí)手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪軸，讓各軸承表面受到良好的潤滑，避免啟動(dòng)之后由于油管中存在空氣，造成潤滑不良而讓增壓器軸承損壞。針對(duì)配置有廢氣渦輪增壓器的車輛來說，在更換機(jī)油濾芯或者增壓器進(jìn)行清洗、停機(jī) 7d以上的情況下，都應(yīng)當(dāng)避免直接啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其目的在于打開限壓閥，對(duì)增壓器轉(zhuǎn)速予以有效控制，在不踩加速踏板的狀態(tài)之下啟動(dòng)開關(guān)并將其調(diào)整到啟動(dòng)檔位，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后第一時(shí)間把進(jìn)油管接頭擰松，等待機(jī)油溢出之后怠速轉(zhuǎn)動(dòng)幾分鐘即可進(jìn)行加速。

5.3 確保排氣管通道通暢

確?？諝鉃V清器以及進(jìn)氣管道保持通常，這樣才不會(huì)對(duì)實(shí)際增壓效果帶來更多影響。若廢氣渦輪增壓型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)存在漏氣的情況，會(huì)導(dǎo)致怠速不穩(wěn)以及加速不良等現(xiàn)象的存在。進(jìn)氣系統(tǒng)可能產(chǎn)生漏氣的地方包括：①空氣濾清器到增壓器進(jìn)氣口中的接頭位置。這一區(qū)域漏氣會(huì)導(dǎo)致汽缸較快磨損，降低增壓器的使用壽命；②增壓器到進(jìn)氣管之間連接膠管，這一問題漏氣會(huì)造成進(jìn)氣壓力降低，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不夠；③增壓器進(jìn)氣口位置和排氣接口位置，能夠選擇澆水的措施來檢查是否存在漏氣的情況。若排氣管出現(xiàn)堵塞的情況，增壓器可能產(chǎn)生過熱的問題。

5.4 密封膠使用必須合理

廢氣渦輪增壓型發(fā)動(dòng)機(jī)主油道的工藝孔堵頭上禁止涂抹密封膠，若在這一位置中的密封膠過多，等待密封膠凝固完成之后，不通過機(jī)油濾清器便進(jìn)入機(jī)油道，可能會(huì)造成活塞機(jī)油冷卻噴嘴出現(xiàn)堵塞的問題。同時(shí)進(jìn)行裝配的過程中，增壓器雙頭螺栓增壓器端需要涂抹高溫防粘劑。排氣管一頭需要涂抹 GY-255密封膠。

5.5 對(duì)渦輪增壓器進(jìn)行清洗

如果更換增壓器，通常還需要對(duì)機(jī)油及其濾芯進(jìn)行更換，需要時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油油道予以清洗。一般我們選擇的清洗方法為：將發(fā)動(dòng)機(jī)中的機(jī)油倒出，加入體積比為 7：3的機(jī)油和煤油混合油并啟動(dòng)，保持低速狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn) 5分鐘左右，之后放出清洗液，對(duì)增壓器實(shí)施預(yù)潤滑。

6 結(jié)論

電控技術(shù)以及電控汽油噴射技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，借助于新型材料的小型陶瓷轉(zhuǎn)子渦輪，科學(xué)的匹配汽油機(jī)和增壓器，能夠讓汽油機(jī)渦輪增壓技術(shù)迅速發(fā)展普及，使汽油機(jī)動(dòng)力性得到很大的提高，渦輪增壓汽油機(jī)已成為汽油機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)。

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