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2.1.2大体式机械增压
2.1.3螺旋式增压器
4汽车废气涡轮增压
涡轮增压系统的大体类型
定压式和脉冲式涡轮增压系统的比较和选择
5汽车复合增压
6发动机进展趋势
我国涡轮增压器行业的现状
国内增压器行业的好坏势比较和进展特点
.增压器的市场预测
我国增压器的以后进展方向
我国增压器行业的计谋
7终止语
参考文献
致谢
增压技术确实是一种提多发动机的进气能力的方式。
许多人都明白,汽车发动机的工作,多是靠燃料在发动机气缸内燃烧作功,从而对外输出功率。
在发动机排量必然的情形下,假假想提多发动机的输出功率,最有效的方式确实是多提供燃料燃烧。
但是,向气缸内多提供燃料容易做到,但要提供足够量的空气以支持燃料完全燃烧,靠传统的发动机进气系统是很难完成的。
就拿汽油机来讲,每向气缸内提供1千克的汽油,约需要气缸吸入15千克的空气,才能保证汽油充分燃烧。
这15千克的空气,其体积将是超级大的,光靠气缸在发动机进气进程产生的真空度,不容易将这么大体积的空气完全吸入。
因此,提多发动机吸入气体的能力,也确实是提多发动机的充气效率就显得尤其重要。
增压器的要紧作用是提多发动机进气压力,改善空燃比,使发动机燃烧更完全,提高热效率,增加发动机功率而节省燃油。
1增压器的历史
20世纪50年代初,增压技术开始应用于汽车。
60年代起,国外开始在车用柴油机上大量采纳增压技术。
60年代末到70年代,由于国外排放法规的实施,增压技术从起初增加动力、降低油耗,进展成为解决排放的一个重要方法,从而进一步增进了增压技术的进展。
目前,欧洲和美国的重型卡车的增压化大体达到100%;
欧洲的柴油轿车的增压化也已经达到80%。
我国从上世纪50年代末60年代初就开始生产增压器,轴流涡轮增压器是始于1959年,由上海新中动力机厂研制成功,第一台径流涡轮增压器的研制和生产是由上海求新造船厂1954年设计、1958年完成鉴定的。
但由于各类缘故,增压技术、专门是车用增压技术的应用长期彷徨不前。
直到上世纪80年代,缸径大于95mm的多缸柴油机的增压机型慢慢显现,重点解决了动力性和经济性问题;
进展到1999年,国家有关部门发布了汽车和发动机的排放法规而且限期达标以后,通过增压技术全面改善柴油机的性能,终于走上了快车道。
专门是最近几年,不管是汽油机仍是柴油机,不管是小轿车仍是卡车、客车或工程机械,都普遍地应用着那个叫汽车增压器的关键零件。
在西部高海拔地域,不管是汽车运输仍是工程机械施工建设,发动机配备增压器似乎已经成为必需。
2发动机增压技术
对结构必然的发动机,增加进气压力和降低进气速度,提高进入气缸新鲜气体的密度即可提高功率。
发动机一样采纳增压器将空气增压后送入气缸,功率可提高30%~50%,油耗下降3%~10%。
这种以增加进气压力提高功率的方式,称为发动机增压。
发动机增压是将进入气缸内的空气利用一种装置预先进行紧缩,以提高其密度,并在燃料供给系统的良好配合下,使更多的燃料及时取得充分燃烧,从而提高平均有效压力和功率,同时还能够提高柴油机的经济性,改善排放功能。
发动机增压计算公式:
Kc——常数,pe——有效压力,Vs——工作容积。
提高内燃机功率的方法分析:
(动作系数z=C)
1)增加汽缸排量,即汽缸工作容积Vs↑或汽缸数i↑
2)增加转速n,也即提高活塞平均速度cm。
3)增加平均有效压力Pe
分析:
1)增加汽缸排量,即汽缸工作容积Vs↑或汽缸数i↑。
则→内燃机重量↑和尺寸↑;
2)增加转速n,也即提高活塞平均速度cm。
则→运动件的惯性力↑和机械应力↑
(惯性力∝转速2)
而且活塞平均速度超过一定值
→充气效率↓机械损失↑和机械磨损↑;
3)增加平均有效压力Pe
依照平均有效压力公式
其中:
ηe是有效热效率,Hu是燃料的热值,
ηv为充气系数,ρs是空气密度,
α是过量空气系数,L0是理论空燃比。
可见:
采纳增压的方式提高进气压力Ps,
采纳中间冷却的方式降低Ts,
是提高平均有效压力Pe的有效手腕。
4、气宇:
增压后内燃机功率的增加程度可用增压度σ表示,其概念为增压后与增压前的内燃机功率之比值,即增压后与增压前标定工况下平均有效压力之比值:
式中:
ρs——增压后汽缸进气密度;
ρe——增压前汽缸进气密度。
因为车用发动机增压不仅要求功率增加,而且还要在较大的转速和负荷范围内知足动力性、经济性、排放与本钱等多方面的要求,
因此车用内燃机的增压度不高,
大约在10%~60%的范围内,
大部份在20%~30%。
目前,增压程度的划分尚无统一标准,通常以增压压力pk或增压比πk(增压器后和增压器前的空气压力比)的大小来划分增压范围:
低增压:
pk≤0.17MPa或πk≤1.7:
中增压:
pk=O.18~0.25MPa或πk=1.8~2.5;
高增压:
pk=0.26~0.35MPa或πk=2.6~3.5;
超高增压:
pk>
0.35MPa或πk>
3.5。
随着增压压力的增加,进入汽缸的空气温度也会升高,相应地减缓了空气密度的增加,阻碍了增压的成效,因此,增压压力较高时,通常要采取进气冷却方法,即所谓中冷的方式,将压气机出口的增压空气先通过冷却器降温后再输入汽缸。
而中冷能够提高充气密度、降低内燃机排气温度,并有利于降低内燃机的热负荷。
由于增压技术日趋成熟,使得过去只用于柴油发动机的废气涡轮增压器在最近被各国成功地移植到汽油发动机上。
汽油机增压所用的涡轮增压器与柴油机所用的涡轮增压器没有原那么上的区别,要求工作靠得住性好、流量范围宽、转速高、尺寸小、重量轻和效率高等。
2汽车机械增压
机械增压系统:
那个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接,从发动机输出轴取得动力来驱动增压器的转子旋转,从而将空气增压吹到进气岐道里。
其优势是涡轮转速和发动机相同,因此没有滞后现象,动力输出超级流畅。
机械增压共分为:
2.1.1离心式机械增压(CentrifugalSuperchargers):
DischargeSide:
排气口Fillside;
:
进气口
这种机械增压与涡轮增压很像,只不外它不是用策动机的废气驱动,而是用策动机的皮带动员它和涡轮增压增压道理不异,吸入空气靠离心利巴空气增大压力,以抵达紧缩空气的目的
2.1.2大体式机械增压(RootsSuperchargers):
你时常能在60到70年月的肌肉车上看到看到这东西,它从策动机盖上的突超级明显,正如图中这辆野马赛车一样这种机械增压将空气吸入增压器内部,有两个螺旋状叶片将空大气的压力缩,以后送到进气歧管里这种机械增压能供给壮大的扭矩输出它在加速竞赛和街道竞赛中十分流行
2.1.3螺旋式增压器(ScrewSuperchargers):
那个形式的增压器是大体型的派生出来的,而且也长得很像,但它们的吸大气的压力缩体式格局却迥然不同当空气被吸入增压器时,被螺旋状叶片强压入进气歧管内这种形式的增压器关于提升各个转速的马力都很有效
机械增压器最大的缺点是:
由于由曲轴带动,因此它们必需损耗一部份发动机马力。
这也是机械增压器的特点之一机械增压器会占用一台发动机20%的动力。
可是,由于机械增压器能够提升46%的马力,因此多数人以为这笔交易是值得的。
由于增压会增加发动机的负担,因此发动机必需取得强化以经受额外的压力和更强的暴发力。
大部份制造商在设计一台带有机械增压器的发动机时,都会专门采纳重载元件以提多发动机的寿命。
同时这也举高了汽车的价钱。
机械增压器的保护本钱也较高,同时许多制造商建议利用高标号汽油。
尽管有这些缺点,机械增压器仍然是一种最经济有效地增强马力的方式。
机械增压器能够提高50%-100%的动力,使汽车更适合竞赛、重载运输或单纯增加驾驶的刺激性。
第1是增压系数不可能像涡轮这么高
第2就用曲轴来带动叶轮会造成必然的功花费失
3汽车废气涡轮增压
依照排气能量的利用方式分为两种大体类型:
定压涡轮增压系统
脉冲(变压)涡轮增压系统
3.1.1定压涡轮增压系统
定压涡轮增压系统如图的特点是:
涡轮前的排气压力大体上维持恒定,把各缸的排气管都通向一根排气总管上,且排气总管的容积要足够大,应能起稳固压力的作用。
尽管各汽缸的排气时刻互有不同,压力波动较大,但聚集到排气总管后,相互混合减速和滞止,大体维持恒定压力。
然后,排气按定压由排气总管导人涡轮机的喷嘴
3.1.2脉冲涡轮增压系统
脉冲涡轮增压系统如图:
把各缸的排气歧管做得短而细,涡轮增压器尽可能靠近汽缸,而且几个汽缸(通常2个缸或3个缸)连接一根排气管,如此在每一根排气管中就形成几个持续的互不干扰的排气脉冲波(或称排气压力波)进入废气涡轮机中;
同时把涡轮的喷嘴环依照排气管的数量分组隔开,使它们互不干扰。
由于涡轮处在进气压力波动较大的条件下工作,因此该系统又称为变压式涡轮增压系统。
在定压涡轮增压系统中,排气总管容量大,有压力平衡作用。
废气流入排气总管造成了强烈的节流和不可逆膨胀损失,能量传递效率较低。
特别是在降低增压比、加大
喷嘴环的流通截面时,涡轮机前的排气总管压力pk下降,能量损失更大。
实验结果说明:
к=1.5~1.6时,只能利用排气总能量的12%~15%;
πк>
后,可增加到30%~35%。
在脉冲涡轮增压系统中,不存在大容积的排气总管,理论上不该显现不可逆膨胀损失。
初始排气时有专门大压降,气门端背压pk上升专门快,见图(a);
再加上流人涡轮机的排气有较高的动能,一部份在涡轮机中转化为机械功。
因此脉冲涡轮增压系统能量传递效率较高。
Pe排气门开启后的缸内压力,Pk排气门外背压,pb增压压力
排气脉冲波与发动机的扫气性能
a、脉冲涡轮增压系统
b、定压涡轮增压系统
随着增压比增加脉冲能量在排气能量中所占比重减小,这两种增压系统的能量传递效率慢慢接近。
脉冲增压系统对汽缸扫气有明显益处,在气门重叠扫气期间,脉冲系统已经排空,pk正处于波谷(见图),因此即便在低增压和高增压的部份负荷工况,仍有足够的扫气压力差pb-pk,保证汽缸内良好的扫气。
而在定压涡轮增压系统中由于pk波动小,扫气压力差就大为减小,不容易保证汽缸的扫气。
在脉冲涡轮增压系统中,排气管容积较小,当发动机负荷改变时,排气的压力波立刻发生转变,并迅速传递到涡轮机,引发增压器转速较快的变更,因此其加速性能较好。
而在排气总管容积较大的恒压涡轮增压系统中,涡轮前压力转变比较缓慢,加速性能较差,专门在低增压时,排气能量的利用程度较低,加速性能就更差,同时其转矩特性也变差。
脉冲系统的涡轮平均绝热效率比定压系统的略低。
因为定压系统在涡轮前的压力恒定,喷嘴环为全周稳固入流;
而脉冲系统在涡轮前的废气压力和温度都是周期性转变的,进入工作轮叶片的气流方向也周期性地改变;
而工作轮叶片的安装角都是固定的,气流和叶片不断发生冲击和气流分离,从而造成局部气流的撞击损失。
另外在有些情形下,涡轮机还存在着部份进气损失。
脉冲系统的废气瞬时流量也是周期性转变的,其瞬时最大流量比定压系统的流量相当于脉冲系统的平均流量)大,因此,脉冲涡轮的尺寸较大。
其排气管的结构也较复杂,受每根排气管连接汽缸数量的限制,在一台柴油机上有时不能不采纳几个废气涡轮增压器,这就使得整个增压系统变得复杂,柴油机的轮廓尺寸加大。
综上所述:
中、小型发动机多为低增压,采纳脉冲涡轮增压较为有利。
大型柴油机增压比较高,那么宜采纳定压涡轮增压。
但考虑到车用柴油机大部份时刻在部份负荷(现在增压压力较低)下工作,对其转矩特性和加速性能要求比较高,即即是在高增压的车用柴油机上仍常采纳脉冲涡轮增压系统
5汽车复合增压
复合增压系统:
即废气涡轮增压和机械增压并用,机械增压有助于低转速时的扭力输出,可是高转速时功率输出有限;
而废气涡轮增压在高转速时拥有壮大的功率输出,但低转速时那么力不从心。
发动机的设计师们于是就假想把机械增压和涡轮增压结合在一路,来解决两种技术各自的不足,同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。
这种装置在大功率柴油机上采纳比较多,汽油机上采纳双增压系统(复合增压系统)的车型还比较少,公共的TSI发动机(这款发动机兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。
在低转速时,由机械增压提供大部分的增压压力,在1500rpm时,两个增压器同时提供增压压力。
随着转速的提高,涡轮增压器能使发动机获得更大的功率,与此同时,机械增压器的增压压力逐渐降低。
机械增压通过电磁离合器控制,它与水泵集合在一起。
在转速超过3500rpm时,由涡轮增压器提供所有的增压压力,此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离,防止消耗发动机功率)采用了了这一系统。
其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小,只是结构太复杂,技术含量高,维修保养不容易,因此很难普及
。
复合增压系统图3:
(机械增压+涡轮增压)
(a)串联系统 (b)并联系统
E.内燃机;
T.涡轮;
k.压气机
6我国涡轮增压器行业的现状
6.1.1国外情形
目前,国外增压器制造公司已形成几个巨头:
Honeywell、BorgWarner、Holset、IHI、三菱等。
并呈现几个特点:
一是各公司年产量及进展生产潜力都专门大:
Honeywell在2000年产440万台,2002年增至500万台,2003年总产量超过500万台,均占全世界增压器产量的48%-50%;
德国3K-Warner(即原KKK公司)80年代后期年产量为60万台,1997年生产100万台,1998年生产150万台,2003年约400万台(自称);
Holset、IHI、三菱三家公司2002年均生产80万台以上的增压器。
二是各公司各自有技术特色的专利产品;
Honeywell和Holset以结构简单、效率高、流量可调而领先;
IHI以结构尺寸小、不漏油著称;
KKK具有结构紧凑、效率高、靠得住性好等特点。
三是小型化更趋明显,继IHI推出D2=34mm,n=270000r/min的产品以后,KKK以推出D2=31mm,n=280000r/min-300000r/min的小型涡轮增压器。
四是各公司都十分重视靠得住性;
俄罗斯莫斯科洲涡轮增压器(TYP5TEXHHKA)确保增压器与柴油机同寿命,配件增压器保修期为18个月。
KKK公司为汽油机增压器配套用的压气机叶轮宁可放宽叶轮效率的要求,采纳径向叶片,用以确保靠得住性。
五是为适应欧Ⅲ后排放法规要求,采纳VGT且由气动操纵转入电动操纵,与高压共轨电控系统(ECU)结合起来。
六是用电动机辅助的涡轮增压器已显现。
七是各大公司都采取了国际化战略以适应现今世界经济一体化大形势。
普遍性的活着界各地设立独资或合伙公司,而且,加大了资产重组与公司整合力度。
此刻,世界上五大增压器公司都在中国成立了独资或合伙生产、研发基地,如上海Honeywell,无锡Holset,一汽三佳石川岛播磨,宁波BorgWarner,上柴三菱。
另外,台湾的有关厂商及捷克的CZ公司也在寻觅合作伙伴或在中国销售。
6.1.2国内情形
目前,国内增压器生产企业呈现几个趋势:
一是在大陆,独资、合伙企业生产增压器的外资企业正在增点增产。
二是生产增压器的民族工业正在体制改革,进展计划的顺序正在从头排队,2003年的产量顺序大体为Honeywell、Holset、天雁、富源、康跃。
三是一大量生产增压器的民族工业集中在江苏、辽宁、山东、浙江等地,能够用“雨后春笋”及“前赴后继”八个字来描述。
有几家投资达几万万乃至上亿元,不吝本钱购买先进设备,高薪聘请人材,来势之猛不可低估。
四是有进展前途的增压器厂机械加工手腕经历了一般车床、数控机床、加工中心、柔性生产线的进程;
两轮、三壳的毛坯加工工艺也有了专门大的改良,很多零件已为外资增压器厂采购。
增压器性能已接近国际水平。
五是专业化生产势头愈来愈明显,大而全的生产模式已不适应,这有得于提高产品质量,有利于市场竞争。
六是开发自主产品,提高匹配技术,注意产品靠得住性已愈来愈被民族工业的决策集团所重视。
国内增压器行业的好坏势比较和进展特点
6.2.1国内车用增压器行业好坏势比较
国家环保总局等部门发布了柴油车排放污染防治技术政策,提出我国柴油车在2004年前后要达到欧洲Ⅱ号标准,2008年达到欧洲Ⅲ号标准,2010年以后争取与国际排放操纵水平接轨。
另外,部份地域和城市(图库论坛)开始提早实施欧Ⅱ排放标准;
2005年,重型柴油车要达到欧Ⅱ标准。
随着排放法规的贯彻和实施,内燃机国内市场竞争会加倍猛烈,从欧Ⅱ到欧Ⅲ、欧Ⅳ,已不是简单法规概念,而是意味着内燃机技术水平进展到一个新的层面,将会进一步加速国内企业优胜劣汰的进程。
关于增压器行业来讲,随着增压中冷等技术的推行应用,关于增压器的材质、加工工艺都要提出了更为严格的要求,不管是通过合伙合作、技术引进仍是自主开放模式,只有抓住机缘才能取得进展壮大的机缘。
目前,从产品质量看,我国汽车增压器的质量有了质的飞跃,对引进轿车发动机的配套能力进一步增强。
同时国内增压器的出口业务也大幅增加。
(1)国内增压器行业的比较劣势
1)规模上的劣势
2)研制开发能力上的差距
3)生产供给方式方面的差距
4)配套关系上的差距
在国外,汽车制造商与OEM企业的关系完满是按市场经济的规律进行运作。
这取决于二者目标的一致性,即市场最大化和利润最大化。
在这种前提下,只要价钱能够、技术标准达标、质量靠得住、效劳到位,二者的合作即可成交。
在我国那么往往要受到隶属关系、地域分割等因素的阻碍。
致使各地域、各大集团都有自己的配套企业群,使国内增压器散乱差现象至今仍然没有太大的改变。
在目前我国汽车整车企业和汽车零部件企业的这种组织模式下、跨地域、跨集团间的企业兼并、资产重组、上规模、上档次,也必然成为一句废话。
同时,由于这种规模和观念上的庞大落差,必然造成国内增压器技术水平、产品本钱、产品质量和效劳网络等方面的差距进一步扩大。
(2)国内增压器行业的比较优势
1)既有市场的比较优势
增压器企业与发动机企业的配套关系大体稳固,这是方才进入增压器行业或外资企业所缺乏的,这也是目前的增压器企业最大的优势。
2)生产本钱的比较优势
关于国内增压器生产企业而言,劳动力本钱的比较优势是国外先进同行所难以具有的。
就增压器行业而言,劳动力本钱只相当于欧美国家的1/10,优势明显。
3)效劳网络的比较优势
不管是在困难仍是在顺利的环境下,国内增压器企业无不下大力气在市场中进行效劳网络的布局设点,巩固其即有市场。
通过几年或数十年的苦心经营,慢慢形成了完善的效劳网络,这是企业打造品牌形象,巩固市场的全然。
如何优化、整合现有资源,不断延伸效劳半径,深化效劳理念已经成为国内增压器企业迫切需要解决的问题。
2、国内增压器行业的进展特点
⑴迅速响应新技术、新材料、新工艺、新发明,新产品开发周期愈来愈短;
⑵增压器与发动机一路整体优化、电控化,即所谓发动机涡轮增压系统,加倍强调系统强调系统综合效率或总效率;
⑶产品结构加倍复杂,向小型化方向进展、且各公司产品结构趋同化;
⑷增压器制造加倍专业化,加工数控化、生产自动化、设备柔性化;
⑸增压器制造业经济生产规模日趋扩大,生产经营国际化、全世界一体化;
⑹世界增压器制造业散布呈“三极”状,即美国、日本与中国,德国与英国(欧洲)各成一极。
.增压器的市场预测
6.3.1国内市场预测
汽车零部件面向两大市场,一是主机配套市场,那个市场取决于主机的进展;
二是社会汽车维修配件市场,取决于社会汽车保有量和零部件的寿命。
主机配套市场,我国曾制定了“九五”、“十五”期间要求达到内燃机增压化比率,即:
重型车发动机100%,中型车80%,轻型车60%,微型车25%配套增压器,轿车30%配套增压器。
随着技术进步与进展,国际化进程加速与增压器产量增加、本钱降低、价钱趋向合理,这又会大大增进轿车、微型车的增压配套比例。
因此这些增压比率目标将加速实现,并加速达到国外目前的装备水平,即柴油机100%增压,汽车机增压比率从此刻的20%-30%加速上升。
关于汽油机用增压器,我国目前已有批量投放市场的引进(合伙)车型汽油发动机轿车,如奥迪A61.8T、PASSAT1.8T、BORA1.8T等,另外通用别克的增压汽油机轿车也即将投放市场。
估量到2010年我国汽油机用增压器将会大量量的生产。
关于柴油机轿车,由于柴油机环保性能优于汽油机,即排放污染较少,耗油也少,目前在欧洲柴油机轿车的比例已快要50%,估量在2010年我国会有大量的柴油轿车比例,约50%以上,目前上海公共、一汽公共等合伙企业正踊跃预备生产的增压柴油轿车。
另外,关于中国那个世界上最后一块大市场,各先进国家都针对中国国情,设计开发了适合中国人消费的普及型轿车,如德国公共汽车公司开发的路波3升(百千米油耗)增压柴油轿车就极具先进性与竞争力。
依照汽车工业“九五”、“十五”进展纲要计划,各类汽车车型总量到2010年600万辆,其中轿车为400万辆,轻型客车、货车约为80万辆,中型客车、货车约为60万辆;
大型客车,货车约为40万辆;
重型货车约为20万辆。
依照上述“九五”、“十五”增压比率,可得出到2010年为主机配套增压器需求量为240万台,其中轿车用增压器120万台。
社会维修配件市场,依照2010年汽车保有量5000万辆(依照装有增压器的汽车平均按30%的保守估量),增压器寿命5000小时(约运行50-60万千米)每一年行驶里程按8万千米,得出2010年,社会维修配件增压器的需求量为200?
觸240万台,按平均数220万台计算。
依照上述分析,到2010年,我国增压器的总需求量为460万台以上。
事实上,2003年我国汽车产量已冲破400万辆大关,达到440万辆,按此刻的进展速度,2010年的增压器需求目标将提早实现,因为:
⑴目前中国的载货卡车产品在国际上有必然的竞争力,随着世界制造中心向中国转移的步伐加速,卡车产量的增加将会加速,而卡车的增压率为100%;
⑵目前我国已到了小汽车进入家庭的经济进展时期,轿车的需求量大幅度增加,依照国家的产业政策,和爱惜民族工业
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