內燃機增壓
正文
通過提高內燃機進氣壓力來增加內燃機功率的措施。提高進氣壓力(又稱增壓壓力)可增大進入氣缸的空氣密度,使供入氣缸內的空氣量增加。這樣就可以燃燒更多的燃料,從而大幅度地提高功率,而且還能改善內燃機的燃料經濟性;若使增壓空氣受到冷卻還能減少排氣中的有害成分。內燃機在高海拔地區工作時,因大氣壓力低而充量不足,使功率下降。這時若用增壓,可以提高進入氣缸的空氣壓力,使內燃機功率得以增大。內燃機採用增壓後,機械負荷和熱負荷會增高,特別是在高增壓時,過高的機械負荷和熱負荷會使內燃機零件損壞,因此內燃機採用增壓方法增加功率的程度就受到限制。至20世紀80年代初,高增壓柴油機的功率比非增壓柴油機功率高200%以上。內燃機增壓通常有兩種分類方法。按增壓壓力pk的大小可分為低增壓(pk小於0.15兆帕)、中增壓(pk=0.15~0.025兆帕)、高增壓 (pk=0.25~0.4兆帕)和超高增壓 (pk大於0.4兆帕)。按所用增壓器的不同可分為慣性增壓、機械增壓、廢氣渦輪增壓、複合增壓和氣波增壓(見圖)。 慣性增壓 內燃機裝有特殊設計的進排氣管(主要是進氣管),利用其中氣體運動的慣性效應和波動效應實現增壓。這是一種簡便的方法,用在單缸內燃機上效果比較明顯,功率最大可提高10~15%。
機械增壓 由內燃機曲軸通過傳動機構驅動壓氣機(機械增壓器)進行增壓。壓氣機大多為離心壓縮機和羅茨鼓風機等。驅動壓氣機要消耗內燃機一部分功率,而所耗功率又隨增壓壓力的提高而迅速增大,這就使內燃機燃料消耗率增加。因此,這種方法只適用於低增壓內燃機,而且已很少採用。
廢氣渦輪增壓 利用內燃機的排氣能量推動廢氣渦輪增壓器的渦輪旋轉,渦輪帶動與它同軸的壓氣機向內燃機氣缸提供高壓空氣。在增壓壓力較高時空氣溫度往往升高很多,這對增高空氣密度和限制熱負荷不利。因此,在高增壓時常在壓氣機與內燃機之間裝有空氣冷卻器,以降低進氣溫度。廢氣渦輪增壓器與內燃機之間只是氣體聯繫。這是現代套用最廣的增壓方法(見廢氣渦輪增壓)。
複合增壓 內燃機既裝有廢氣渦輪增壓器,又裝有機械增壓器或採用慣性增壓。複合增壓方法套用範圍不廣,一般只用於二衝程增壓柴油機。
氣波增壓 用氣波增壓器實現增壓。
20世紀50年代以來,廢氣渦輪增壓技術發展很快,不但在大、中功率柴油機上獲得廣泛套用,而且在小功率柴油機上也有採用的趨勢。對於汽油機,由於受到爆震的限制,廢氣渦輪增壓技術套用較少,而且增壓效果不如柴油機明顯。但從70年代以來,由於採用增壓可能降低排氣中有害成分,增壓技術又引起人們的重視。
參考書目
齊納著,侯玉堂、禹惠生譯:《內燃機增壓與匹配》,國防工業出版社,北京,1978。(K.Zinner,Supercharging of Internal Combustion Engines Springer-Verlag,Berlin, 1978.)