汽車電控技術(shù)作業(yè)參考復(fù)習(xí)資料

1、1.1渦輪增壓器的應(yīng)用隨著人們的環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，世界各國政府對(duì)汽車尾氣排放的要求越來越嚴(yán)格(最近北京要上臺(tái)歐五的標(biāo)準(zhǔn),廣州要上臺(tái)歐四的標(biāo)準(zhǔn))。而且人們對(duì)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性的要求越來越高。所以汽車制造商要通過什么各種各樣的方法來解決以上問題，其中給汽車加裝增壓器就是其中一種主要的解決方法。眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)是靠燃料在氣缸內(nèi)燃燒作功來產(chǎn)生功率的，輸入的燃料量受到吸入氣缸內(nèi)空氣量的限制，所產(chǎn)生的功率也會(huì)受到限制。提高壓縮比是提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的措施之一。而提高壓縮比有兩種途徑，一種是采用高頂活塞與改變曲軸行程或者改變?nèi)紵倚螤?，這是牽一動(dòng)百的舉措，花費(fèi)較大；另一是增加進(jìn)氣量的方法：如果發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能已

2、處于最佳狀態(tài)，再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸來增加燃料量，提高燃燒作功能力。這就是增壓器的方法。這是一種不改變發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)，花費(fèi)較少的做法。在目前的技術(shù)條件下，增壓器是唯一能使發(fā)動(dòng)機(jī)在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機(jī)械裝置。渦輪增壓(turbo)與機(jī)械增壓(superchanger)是增壓的兩種不同方式,主要的不同在于增壓器的驅(qū)動(dòng)方式。由于渦輪增壓的優(yōu)點(diǎn)更多，因而現(xiàn)在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓方式以渦輪增壓為主。所以我們講課內(nèi)容重點(diǎn)在渦輪增壓。圖1 渦輪增壓器1.2渦輪增壓器的主要優(yōu)點(diǎn)（1）使發(fā)動(dòng)機(jī)具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。提高進(jìn)氣壓力，就可提高壓縮行程終了工質(zhì)的溫度、壓力，加快火焰?zhèn)鞑?/p>

3、速度且燃?xì)馀蛎洺浞郑瑹徂D(zhuǎn)變?yōu)楣Φ脑蕉?，熱效率提高，發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩大，有效耗油率降低。一般而言，加裝增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率與扭矩要增大20%30%。而且由于廢氣渦輪增壓回收了部分能量，再加上相對(duì)減小了機(jī)械損失和散熱損失，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率和熱效率，故增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性也有明顯提高，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓后燃油消耗率可降低5%-10%。 （2）使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒更徹底，排放更干凈。因?yàn)榻o燃燒室提供更多的空氣，在冷啟動(dòng)時(shí)使三元催化器更快更好的發(fā)揮作用。對(duì)于汽油機(jī)，尾氣中有害氣體的排放與相同功率的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比要少10-20%。（3）改造方法相對(duì)簡單易行。無需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)做重大改動(dòng)，只需要稍微增加其重量

4、與體積，就能提升發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。（4）使得發(fā)動(dòng)機(jī)在外界空氣稀薄的工況下保持較高輸出功率。因此裝有渦輪增壓器的汽車行駛在高原地區(qū)與其行駛在平原地區(qū)行駛相比較，動(dòng)力性能下降不會(huì)太大。1.3 渦輪增壓器的過去與未來1915年在瑞士的Winterthur增壓器廠制造出了原型航空器發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器，利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣驅(qū)動(dòng)，主要目的是用來克服高海拔稀薄空氣對(duì)動(dòng)力的負(fù)面影響。1938年第一款帶增壓的卡車發(fā)動(dòng)機(jī)面市。到了1961年，小轎車才開始試探性地安裝增壓器，增壓器在賽車中也起著重要的作用，包括WRC、勒芒24小時(shí)。在20世紀(jì)最后20年中，帶增壓器的車型一款款的出現(xiàn)了。今天的渦輪增壓器已經(jīng)變得部件更少、

5、體積更小、轉(zhuǎn)速更高（高達(dá)280000rpm），空氣壓縮比已經(jīng)達(dá)到2-2.51（汽油機(jī)）和4-61（柴油機(jī)）。現(xiàn)在歐洲，大約50%的汽車已經(jīng)裝備渦輪增壓器。在亞洲、美國，越來越多的汽車裝備渦輪增壓器。裝備渦輪增壓器已經(jīng)成為改良發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的主流方法。隨著新的耐高溫材料、新的平衡技術(shù)和微量潤滑油軸承系統(tǒng)與全新電子控制的使用，渦輪增壓器對(duì)于21世紀(jì)的汽車技術(shù)的發(fā)展起著越來越重要的作用。2.1渦輪增壓器的構(gòu)造渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。渦輪增壓器主要由渦輪和葉輪組成。渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓室內(nèi)，二者同軸剛性聯(lián)接。渦輪室外面裝有泄壓閥，泄壓閥門裝在渦輪室內(nèi)

6、。圖2渦輪增壓器的構(gòu)造2.2渦輪增壓器的工作原理渦輪室進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管相連，排氣口接在排氣管上； 增壓室進(jìn)氣口與空氣濾清器管道相連，排氣口接在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管上。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣因?yàn)閼T性沖力推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪壓送空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，廢氣排出速度增快，渦輪轉(zhuǎn)速也逐步增快，同軸的葉輪就能壓縮更多的新鮮空氣進(jìn)入氣缸。同體積的新鮮空氣如果密度越大，那么質(zhì)量也就越大，就允許燃燒更多的燃料，相應(yīng)的可以增大發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。圖3渦輪增壓器的工作原理2.3渦輪增壓器的工作情況要注意的是：只要發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，那么渦輪增壓器就開始

7、工作。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)速約為12000轉(zhuǎn)/分，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)速可超過135000轉(zhuǎn)/分，普通的軸承是無法承受如此高速而產(chǎn)生的高溫和磨損的。所以在渦輪軸承與增壓器殼內(nèi)壁間有油液做冷卻和潤滑，稱“全浮式軸承”。渦輪增壓系統(tǒng)里邊機(jī)油的潤滑和冷卻作用至關(guān)重要。除此而外，渦輪增壓器還要引入冷卻液進(jìn)一步冷卻。渦輪室的進(jìn)氣溫度可達(dá)700800度左右，增壓室出來的加壓空氣溫度最高可達(dá)到200度以上。這是因?yàn)椋?）發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣的溫度非常高，通過增壓器的熱傳導(dǎo)會(huì)提高進(jìn)氣的溫度。（2）空氣在被壓縮的過程隨著密度會(huì)升高，溫度也隨著的升高。（3） 進(jìn)氣在流動(dòng)時(shí)與管壁，葉輪表面摩擦，還會(huì)進(jìn)一步增高進(jìn)氣的

8、溫度。由于是氣體推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)的，加上渦輪本身的慣性原因，增壓氣體的壓力變化跟隨油門開度的變化有一定時(shí)間上的滯后，通常要幾秒鐘時(shí)間。這就使發(fā)動(dòng)機(jī)的增加或減少功率反應(yīng)時(shí)間會(huì)稍微延遲。這對(duì)于要突然加速或超車的汽車而言，瞬間會(huì)有點(diǎn)提不上勁的感覺。在介紹渦輪增壓器的控制系統(tǒng)之前,我們先來了解三個(gè)裝置：（1） 中冷器（2） 泄壓閥和內(nèi)循環(huán)閥3.1中冷器中冷器目的是將從增壓室出來的進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的新鮮空氣進(jìn)行冷卻，中冷器一般安裝位置在增壓室出口與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管之間的管道上。那么為什么要降低進(jìn)氣溫度呢？因?yàn)椋海?） 過高溫度的進(jìn)氣會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率。氣體的密度和溫度成反比。如果想要進(jìn)一步提高充氣效率，就要降

9、低進(jìn)氣溫度。有數(shù)據(jù)表明，在相同的空燃比條件下，增壓空氣的溫度每下降，發(fā)動(dòng)機(jī)功率就能提高。（2）進(jìn)入汽油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的是汽油與空氣的混合氣，如果溫度過高混合氣容易產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象。爆燃會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件加速磨損，使發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，振動(dòng)與噪聲增大，使用壽命下降，油耗率增加。而且還會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的的含量，造成空氣污染。圖4中冷器中冷器分水冷和風(fēng)冷兩種，轎車通常用風(fēng)冷式的中冷器，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器前面、旁邊或者單獨(dú)一個(gè)位置，利用汽車迎面氣流或者自身風(fēng)扇冷卻。3.2泄壓閥和內(nèi)循環(huán)閥泄壓閥和內(nèi)循環(huán)閥的作用都是降低增壓室出來的新鮮空氣的壓力。那么為什么要降低進(jìn)氣壓力呢？因?yàn)椋海?）過高壓力的進(jìn)氣很容易使混合氣產(chǎn)生

10、爆燃，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震是應(yīng)該避免的的工作狀況。（2）過高的壓力會(huì)使氣體產(chǎn)生過高的溫度。增壓等于對(duì)空氣做功，氣壓增加1bar的時(shí)候溫度會(huì)升高80度左右，而過高溫度的進(jìn)氣會(huì)產(chǎn)生如前所述的不良后果。3.2.1泄壓閥泄壓閥門裝在渦輪室內(nèi)，泄壓閥的打開與關(guān)閉是由增壓壓力電磁閥N75控制的。當(dāng)不需要增壓時(shí)（例如怠速，有爆燃），一部分廢氣會(huì)通過泄壓閥泄出，這樣就直接減少了進(jìn)入渦輪室的氣流量和氣流速度，相應(yīng)的降低了渦輪的轉(zhuǎn)速，間接減少增壓室的出氣量，也就是間接減少了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的氣流壓力。所以有時(shí)我們可以聽到渦輪增壓的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)有“吱吱”的泄氣聲。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘約1800

11、轉(zhuǎn)時(shí)，電磁閥N75就會(huì)關(guān)閉泄壓閥門，讓全部廢氣流向渦輪室，使渦輪轉(zhuǎn)速上升，相應(yīng)提高增壓室的出氣量。圖5 泄壓閥3.2.2內(nèi)循環(huán)閥內(nèi)循環(huán)閥裝在空氣濾清器和增壓室之間的進(jìn)氣管上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)電子限速時(shí)，內(nèi)循環(huán)閥打開，部分加壓后的新鮮空氣在增壓室與內(nèi)循環(huán)閥之間的管道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，直接減少了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的氣流量。當(dāng)需要增壓時(shí)，內(nèi)循環(huán)閥關(guān)閉，全部的增壓空氣只能流向發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管。圖6 內(nèi)循環(huán)閥3.3控制系統(tǒng)工作過程渦輪室進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管相連，排氣口接在排氣管上； 增壓室進(jìn)氣口與空氣濾清器管道相連，排氣口接在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管上。（1）當(dāng)需要增壓時(shí)，泄壓閥和內(nèi)循環(huán)閥的同時(shí)關(guān)閉。新鮮空氣只有一個(gè)流向：從空

12、氣濾清器進(jìn)入, 經(jīng)過渦輪增壓器增壓室，中冷器，節(jié)氣門，最后到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管。圖7 泄壓閥和內(nèi)循環(huán)閥的同時(shí)關(guān)閉（2）當(dāng)需要減少壓力時(shí)（例如發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，有爆燃），內(nèi)循環(huán)閥關(guān)閉，泄壓閥門打開。一部分廢氣會(huì)通過泄壓閥泄出，這樣就直接減少了進(jìn)入渦輪室的氣流量和氣流速度，相應(yīng)的降低了渦輪的轉(zhuǎn)速，間接減少增壓室的出氣量，也就是間接減少了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的氣流壓力。新鮮空氣也是只有一個(gè)流向：從空氣濾清器進(jìn)入, 經(jīng)過渦輪增壓器增壓室，中冷器，節(jié)氣門，最后到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管。圖8內(nèi)循環(huán)閥關(guān)閉，泄壓閥門打開（3）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)電子限速時(shí)，泄壓閥關(guān)閉，內(nèi)循環(huán)閥打開。這時(shí)候新鮮空氣有兩個(gè)流向：一部分空氣叢空氣濾清器進(jìn)來, 然后就在渦輪增壓器增