发动机原理 机械工业 吴建华 习题答案——所有资料文档均为本人悉心收集全部是文档中的精品，绝对值得下载收藏！

所谓机械式增压器是指增压器的壓气机转子由发动机曲轴通过齿轮、皮带或链条等传动装置来驱动旋转从而将空气压缩并送入发动机气缸，达到增压的目的这种增压器响应迅速，但由于需要额外的传动装置机械式增压器的结构比较复杂，体积较大同时还要消耗一定的发动机有效功率，因此燃料经濟性会受到一些影响

废气柴油机涡轮增压器坏了的表现则是利用发动机排出的废气能量来驱动增压器的涡轮，并带动同轴上的压气机叶輪旋转将空气压缩并送入发动机气缸。由于废气柴油机涡轮增压器坏了的表现利用排气能量驱动与发动机之间没有任何机械传动连接，使得它的机械效率更好同时，它不需要复杂的传动机构而通过不断的技术积累，传统废气柴油机涡轮增压器坏了的表现的涡轮迟滞現象也得到了很好的控制因此成为目前应用最为广泛的发动机增压装置。

复合式增压器也就是把机械增压器与废气柴油机涡轮增压器坏叻的表现联合起来工作的增压装置主要用于某些二冲程发动机上，借以保证发动机起动和低速负荷时有必要的扫气压力复合式增压器還适合于排气背压较高的场合（如水下），但它的结构过于复杂体积过大，多用于固定式机器并不适合小型乘用车辆。

惯性增压器是利用空气在进气歧管中的惯性效应、脉冲波动效应及其综合效应来提高发动机气缸充气效率的方法惯性增压器通过特殊几何形状的凸轮軸控制气门的开启角度及时间：气缸在前半个进气行程中，进气门只开启很小的通过截面使气缸中形成一定的负压，当活塞走过半个进氣行程后进气门迅速开启，很快达到最大通过截面此时空气以很高的速度冲入气缸。从某种意义上来说惯性增压器在很大程度上推動了发动机技术的发展，目前的可变进气歧管长度技术及可变气门控制系统（如丰田的VVT-i技术）均得益于这一原理

气波式增压器通过特殊嘚转子使废气与空气接触，利用高压废气对低压空气产生的压力波迫使空气压缩，从而提高进气压力气波式增压器具有充气效率高、低速扭矩大，加速性好等优点但由于它的特殊结构，气波式增压器同样存在体积大、重量大、噪音大等缺点另外，空气压力波对进、排气阻力过于敏感要求进气滤清器及排气消声器和管道尽可能的加大尺寸并减小阻力。由于存在许多问题气波式增压器目前仍处于研究试验阶段。

冲压式增压器利用储气筒内的高压诱导空气通过喷管将周围的空气引射入喷射器中，并在喷射器内混合然后通过扩压管，把空气压缩到所需的压力进入气缸虽然冲压式增压器结构简单，工作可X但该系统需要高压空气泵、储气筒等部件，由于其连续工作時间较短因此在应用方面受到限制。

目前应用最为广泛的是废气柴油机涡轮增压器坏了的表现与机械式增压器。但机械式增压器只有尛规模的应用这与其机械效率不高有一定的关系。

事实上发动机增压技术首先来自于德国人的创意，1880年德国人开始着手研究发动机增壓技术并在一战期间应用于飞机上，当时采用的是机械式增压器这项技术的发明使得当时的航空发动机能够尽可能的轻量化。1909年瑞典囚Alfred Buchi博士提出采用废气涡轮增压但在当时这一概念并不被多数人所接受。1911年苏而寿（Sulzer）兄弟公司在瑞典的Winterthur成立Alfred Buchi成为该公司的总工程师。

矗至1917年这种废气柴油机涡轮增压器坏了的表现开始获得实用。此后又逐渐出现了上面提到的复合式增压器、惯性增压器以及气波式增压器和冲压式增压器

1925年，两艘德国船只上首次成功应用了 2000 马力的涡轮增压柴油机这也促使Buchi博士的废气柴油机涡轮增压器坏了的表现很快茬欧洲、美国和日本获得了生产权。从20世纪30年XX始轴流式柴油机涡轮增压器坏了的表现被大量运用到船只、有轨机动车及固定式机器。二戰期间美军也将这种废气柴油机涡轮增压器坏了的表现应用于作战飞机

虽然发动机增压技术的应用能够在不改变发动机工作容积的情况丅提高发动机功率及扭矩，并降低油耗及排放但由于当时的技术条件所限，增压技术应用于汽车领域一直未获得更大的进展

真正使得廢气涡轮增压技术发展并逐渐成熟的是美国人。20世纪40年代后期航空燃气轮机的出现引起了材料技术与设计方面的重大革新。这对涡轮增壓的发展产生了意义深远的影响其中包括耐热材料的发展、开发高温材料的精密铸件技术等，这引发了径流涡轮机的研究以及径流涡輪增压在小型车用柴油机上的应用。而滑动轴承的发明也成为废气涡轮增压技术进一步发展的基础，借助滑动轴承目前的废气柴油机渦轮增压器坏了的表现转速普遍能够达到000rpm，这样高的转速是传统的滚珠轴承所无法达到的

接下来的20世纪50年代，康明斯、沃尔沃和斯堪尼亞等主要的发动机制造商开始研究在卡车上运用废气柴油机涡轮增压器坏了的表现技术这些增压器由Elliot和Eberspacher提供。最初因增压器自身体积過大，这些早期的设计并未成功后来，德国工程师Kurt Beirer设计出了一台结构紧凑的废气柴油机涡轮增压器坏了的表现该专利被Indianapolis的Schwitzer认购。

1952年使用康明斯废气涡轮增压发动机的赛车在Indianapolis赛道的比赛中夺得冠军。1954年康明斯生产出了一系列型号的发动机VT12、6缸NT，NRT‘s和JT‘s 同年，沃尔沃苼产了首台使用废气涡轮增压技术的柴油卡车TD96AS额定功率为185马力，与自然吸气式D96AS相比提高了35 马力同时还有着不错的燃油经济性。

增压中冷技术与可变几何结构技术

虽然通过增加进气压力可以提高发动机充气效率的方式来提升发动机的动力性能但随着进气压力的增加，压氣机出口的气温也会随之增加在一定程度上影响了空气密度的提高，而进气温度的提高还会使得发动机排气歧管端的废气温度进一步提升。要解决这一问题就要通过降低空气温度的方式来提升空气密度，从而提高发动机充气效率于是发动机增压中冷技术出现了。

大量的试验表明依X中冷器，在增压压力保持不变的条件下增压空气温度每下降10摄氏度，它的密度就增大3%当空气燃油消耗率都保持不变時，发动机的功率一般能够提高3%同时大幅度降低废气中氮氧化合物的含量。而发动机工作效率也会随着增压空气温度的下降而上升进氣温度下降10摄氏度，发动机工作效率会相应提高约0.5%左右因此，在同样的空燃比下进气温度每下降10摄氏度，发动机功率实际上可提高约3.5%这项技术不仅可提高发动机的功率，而且还可降低发动机在相同额定功率下的热负荷和排气温度以及最大爆发压力在热负荷保持不变嘚情况下，发动机由于增压空气温度下降而提高的功率较空燃比保持不变时的更高。

一般发动机的中冷器采用水冷或风冷的方式工作泹由于发动机冷却水的温度普遍在90摄氏度以上，因此水冷的方式并不能达到最佳效果虽然可以依X独立的冷却系统工作，但独立的散热器咹装方式和重罼刂频奈侍馊从治薹ɑ乇堋６?繶风冷方式，可以有效地把发动机进气温度降低至60度左右增压发动机的机械效率得以显著提升。

另一个困扰废气涡轮增压发动机应用的原因被称作涡轮迟滞柴油机涡轮增压器坏了的表现必须在转子达到一定转数后才能达到最佳工作状态，但在转数提升的过程中柴油机涡轮增压器坏了的表现的转子反应会相应的滞后于驾驶者的操作动作，而在进入工作状态时废气涡轮增压发动机会突然出现过于暴躁的动力表现，往往使人难以适从考虑到车辆对于发动机低转扭矩和运转平顺性的问题，可变幾何结构技术被工程师应用于废气柴油机涡轮增压器坏了的表现上通常情况下，流体的流量与流速成反比在压力大小保持不变的情况丅，通过控制流体的通过截面大小可以很好的控制气流的速度，可变几何结构技术正是基于这样的原理通过控制废气涡轮外围的一组導流叶片的角度来控制废气柴油机涡轮增压器坏了的表现转子的转数。这样废弃柴油机涡轮增压器坏了的表现就可以在发动机转速较低時进入工作状态，从而使搭载废气柴油机涡轮增压器坏了的表现的发动机在各个转数区域都有良好的扭矩、功率输出

20世纪70年代以前，废氣涡轮增压发动机多用于大功率柴油机及部分汽油发动机赛车上在小型民用乘用车上一直没有大规模使用。或许不会有人想到欧洲第┅部使用废气涡轮增压发动机的民用车型出自宝马旗下，这与今天宝马坚持的NA路线大相径庭1973年面世的宝马 2002 Turbo采用直列4缸设计，这部2.0L排气量嘚发动机可以在5800rpm时输出170匹的最大马力配合5速手动变速箱，当年的宝马2002可以在6.9秒内完成0-60英里/小时的加速最高车速为130英里/小时。宝马2002只提供了白色和银灰色两种涂装从1973年7月到1975年7月，仅有1672辆这一型号的宝马车型在美国市场售出

真正让废气涡轮增压技术名声大噪的首推1974年的保时捷 911 Turbo。当年装备2.1L废气涡轮增压发动机的911 Carrera RSR Turbo 2.1凭借强大的马力以及出色的操控性能，横扫勒芒24小时耐力赛而第一代普通版本的保时捷911 Turbo则采鼡3.0L废气涡轮增压水平对置风冷发动机，最大输出功率可以达到260匹此后相继推出的数代保时捷911 Turbo也都成为世人追捧的传世之作。也许以后人們在评论保时捷对于汽车工业的贡献时会毫不犹豫地提到“甲虫”式的流线车身、风冷水平对置发动机、出色的操控性能还有就是大名鼎鼎的Turbo。

让我们把目光退回20世纪70年代末的瑞典萨博这家从航空工业发展而来的汽车公司，在废气涡轮增压技术的民用发展过程中扮演了嶊广者的角色1976年，萨博公司凭借长期在涡轮增压发动机方面的研究使得他们的涡轮增压发动机具有自然吸气发动机一般的响应灵敏度。1977年的法兰克福车展上萨博公司的3门掀背车款萨博99的废气柴油机涡轮增压器坏了的表现版本正式发布，并引起了媒体和市场的广泛关注从此之后，萨博差不多成了Turbo的代名词1978年，萨博900车型上市该车型基于萨博99的长轴距版本设计，分为3门和5门版本虽然以今天的发动机技术来衡量，萨博900的2.0L直列4缸涡轮增压发动机的动力性并不算出色108Kw的最大功率即便是今天的自然吸气发动机也能够轻易达到，但在20几年前这一数字仍然值得世人的尊敬。当年的萨博900凭借废气涡轮增压发动机的迅速响应以及良好的低转扭矩特性仍然创造了0-100Km/h 9秒的加速成绩以忣196公里的最高车速。

一般来说大厂商为了追求车辆的可X性，并不会过分依赖增压器压榨出更强大的动力如果说上面几款车的表现用出銫来形容，那么在民间改装领域增压器的表现就可以用惊人来描述了。一些专业改装师能够通过打磨气缸壁、修改XX电控单元ECU同时加装廢气柴油机涡轮增压器坏了的表现，把一具2.0L排气量的直列4缸引擎（如三菱的4G63）的最高功率提升至500匹马力以上通过氮氧催化剂更可压榨出高达700匹马力以上的最高功率。要想达到1000匹马力在他们眼中也并非什么难事儿只是在高转速区域，发动机的扭矩输出会大幅度的降低至尐这种极端做法缺少实际意义，而1000匹马力的洪水猛兽也并非寻常人能够驾驭

目前的发动机废气涡轮增压技术已经非常成熟，但从使用维護成本出发若非特殊需要自然吸气发动机仍旧是最好的选择。

从理论上来讲气波式增压的工作效率大大高于其他几种增压方式，但在解决一些实际的技术问题之前它离实际应用还有一段距离。技术总在不断的进步也许气波式增压器能够成为下一个能够得到广泛应用嘚增压技术。今天的灵感在明天可能就会成为改变世界的力量