SUV车用_电喷_发动机废气涡轮增压技术初探

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第1期　
2007年2月内燃机
InternalCombustionEnginesNo11Feb12007
SUV车用“电喷”发动机废气涡轮增压技术初探
唐大学
12
,龚金科,刘金武,张柄庚,周永洪
1122
(11湖南大学机械与汽车工程学院,湖南长沙410082;21湖南交通职业技术学院,湖南长沙410004
摘要:简要概述车用发动机废气涡轮增压技术的发展现状,针对近年来兴起的SUV(SportUtilityVehicle车,分析其采用废气涡轮增压的必要性和可行性,并对增压方案进行初步探讨。关键词:镁及镁合金;应用;市场前景;汽车;交通运输
中图分类号:TK40315　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-6494(200701-0001-02
PreliminaryInvestigationofTurbochargedEFIEngineforSUV
TANGDa-xue,GONGJin-ke,LIUJin-wu,ZHANGBing-geng,ZHOUYong-hong
12
1
1
2
2
(11CollegeofMachinery&AutomobileEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,China;
21HunanCommunicationPolytechnicCollege,Changsha410004,China
Abstract:Theprogresssituationofturbochargerispresentedforvehicleengineatfirst1ItisanalyzedthatnecessityandprobabilityofEFIenginewithturbochargerforsportutilityvehicleandtheschemeforturbochargingisalsopreliminarilyin2vestigated1
Keywords:SUV;EFIengine;turbocharger
　　迄今为止,提高发动机(无论是汽油机还是柴油机的功率,最有效和经济的途径就是采用增压技术(其输出的最大功率大约可增加40%。早在1885年,德国人戴姆勒(G1Daimler曾提出了发动机增压的设想,1907年出现了采用增压技术的汽油机;1905年11月16日,瑞典科学家AlfredBüchi被德国专利局授予了第204630号专利“内燃机辅助增压器技术”,标志着废气涡轮增压技术正式诞生。由于废气涡轮增压技术利用废气的能量来驱动压气机以实现增压,因此,在提高发动机功率的同时,油耗降低,排放更洁净。随着涡轮增压器制造技术越来越先进,增压器越来越小型化,发动机的控制手段越来越多,控制精度和速度越来越高,废气涡轮增压技术在车用发动机上也得到了越来越广泛的应用。
1　车用发动机废气涡轮增压技术
由于涡轮增压器与发动机是气动联结,气体动力学性能对其影响很大,加之车用发动机的工况变化很大,所以废气涡轮增压技术出现后,首先应用在工况固定或变化不大的发动机上。发动机在采用废气涡轮增压技术后,吸入气缸的空气压力提高,点火或喷油前的压力和温度提高,工作中产生的最高爆
　　作者简介:唐大学(19662,男,高级工程师,博士研究生,研究方向为内燃机性能和排放控制。
收稿日期:2006-09-22
发压力和平均温度也将大幅度提高。对于柴油机而言,由于吸入的是纯空气,压燃点火,影响不大;而对于汽油机,则极易发生爆震,因此,涡轮增压技术在汽油机上的应用晚于柴油机。1954年增压技术首次应用于汽车柴油机上。到了1961年,小轿车才开始试探性地安装增压器,并在1962年上市。20世纪60年代,中冷技术开始在欧美开发应用。1989年出现了可变增压的涡轮增压器(VNT。在发动机低速时,涡轮增压器减小喉口,提高增压;在发动机全速运转时,涡轮增压器喉口增大,保证增压不会超出需求。喉口可用真空管控制。提高了发动机低速时的加速性能。国内轿车1998年开始在排量118L的奥迪200上运用涡轮增压技术,以后又逐渐应用于奥迪A6的118T、奥迪A4118T,直至帕萨特118T、宝来118T。2005年,世界上首个新型带涡轮增压的210LFSI直喷汽油发动机在大众集团问世。
对于车用发动机而言,采用废气涡轮增压技术最大的问题是:一是能否与工况瞬变的车用发动机良好配合;二是增压器存在反应迟滞;三是汽油机易爆震。上世纪80年代以来,由于电子技术飞速发展,发动机的控制手段日益增多,控制精度日益提高,使得上述问题逐步得到解决。对于汽油机而言,采用废气涡轮增压以后,CO2的排放与相同功率的自然吸气发动机相比要少10%～20%;在高海拔地区也能满足空气供给;在冷启动时使三元催化更快进入工作等。因此,可以预见,废气涡轮增压技术在

　・　2・内燃机2007年2月
车用发动机上将得到日益广泛的应用。
2　SUV车用“电喷”发动机废气涡轮增压技
术探讨
211　SUV车用“电喷”发动机
SUV(SportUtilityVehicle起源于美国,是越野
车概念的扩充。近年来,在国内得到流行,并逐步衍生出SRV(SportRecreationalVehicle,CUV(Cross2overUtilityVehicle,CRV(ComfortableRunabout-Vehicle,RUV(RecreationalUtilityVehicle。从技术层面讲,此类车兼备轿车、越野车和休闲车的功能。因此,国内SUV车用发动机一般采用“电喷”汽油机(也有极少数采用柴油机,排量在118L以上。表1是国内主流SUV车用发动机参数表。
表1　4G9系列发动机参数
项目排气量/cm3
压缩比缸径/mm冲程/mm气门及驱动机构输出性能
4G9318349158189SOHC-4
4G93183410158189DOHC
4G94199991581159518SOHC-4
后,增压比降低。德国奥迪公司1994年成功地将该公司118L4缸5气门“电喷”汽油机改型设计为带涡轮的增压器,最大功率达110kW,升功率为62kW(见图1。日产18ET发动机废气涡轮增压控制也是采用此方法,见图2。至于反应迟滞问题,对于汽油机,由于增压比不大,加之ECU的反应速度快,可以克服;对于柴油机,则可以采用两级增压的办法,如德国宝马公司在其6缸共轨直喷柴油机上实现了
[12]
两级增压。
最大功率
88/5500103/650094/5500-1
kW/(r・min最大扭矩
-1161/4000170/5000177/4500
N・m/(r・min
EU-Ⅲ
4G94与4G93来自同一平台,4G94发动机为长丰猎豹配套
图1　奥迪118L涡轮增压汽油机增压控制原理图
满足排放法规
备注
212　SUV车用“电喷”发动机采用废气涡轮增压技
术的可行性
由于SUV车对动力的要求较高,加之我国幅员辽阔,海拔高度相差较大,增压对于提高发动机的功率,补偿高原功率损失,提高SUV车的应用区域,是非常必要的。如前所述,汽油机增压的主要问题是爆震。目前,消除爆震的方法有:推迟点火提前角、降低增压比、降低压缩比、燃用高标号汽油。燃油的标号和质量受炼油水平的限制,潜力不大;降低压缩比,会改变发动机的结构,并影响性能,一般不采用;推迟点火提前角,影响性能,且对发动机管理系统改动较大,因此,现在消除爆震的办法基本上是采用降低增压比(度的方法。当安装在缸体上的爆震传感器检测到爆震信号时,ECU控制增压器上的废气旁通阀会泄掉一部分废气,从而降低增压器的转速,然
图2　日产18ET发动机增压控制原理图
213　SUV车用“电喷”发动机增压方案初探
以国内SUV车所用的主流动力为对象,进行涡轮增压的研究。首先确定研究的目标,即需达到的指标,如功率提高多少,油耗降低多少,耐久性指标等;第二步,校验发动机的结构强度;第三步,进行增压器与发动机的匹配的计算机仿真和试验研究,测取数据,构建爆震闭环控制脉谱MAP图,为爆震反
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　・　10・内燃机2007年2月
图15　喷孔流率
图16　喷油量
5　结束语
AMEsim是一个介于实体仿真与数字化仿真之
间的图形化开发环境,不需要建立复杂的实体模型,也不像数字化仿真那样抽象,具有很友好的人机交互界面。用AMEsim软件进行仿真,结果丰富全面,具有很大的参考价值。AMEsim仿真精度高。利用AMEsim仿真工具可降低开发成本和缩短开发的周期。本研究的仿真结果,有望在柴油机燃用二甲醚机械式供油系统中得到广泛应用。
〔参考文献〕
〔1〕　吕兴才,黄　震,李孝禄.代用燃料二甲醚的研究现状
与前景〔J〕.车用发动机,2003,(4:39-421〔2〕　AMEsim4.3Usermanual.IMANGINELtd.,2005.〔3〕　何学良,詹永厚,等.内燃机燃料[M].北京:中国石化
出版社,1999.
(上接第2页
〔参考文献〕
〔1〕　(德BrenneckeDErdmannHDGrieseW1Audi公司4缸5气门增压发动机〔J〕1国外内燃机,2002,(41〔2〕　李洋1奔腾的心　2002年10款最优秀的发动机〔J〕1汽车之友,2003,(11〔3〕　丁卫东,果继辉1轿车电控发动机检修培训教程〔M〕1
北京:机械工业出版社,20031
〔4〕　顾柏良,唐振声,等译1BOSCH汽车工程手册〔M〕1北
京:北京理工大学出版社,19991
〔5〕　JackErjavec1AutomotiveTechnology-ASystemsAp2
proach13rdeditionDelmarThomsonLearning20001
馈控制提供依据;第四步,当爆震发生时,在发动机
优化范围内,推迟点火提前角,当提前角被推迟到极限时,ECU控制放气阀,降低增压度,然后,以爆震为界,采取缓慢增加点火提前角和增压比至正常值的办法;第五步,进行试验验证。在发动机管理系统上,通过CAN,可以设置采用增压和不采用增压两种模式,在市区行驶时,发动机不增压,增压器被旁通;而在野外行驶时,则采用涡轮增压。
3　结论
a1简要回顾了车用发动机采用废气涡轮增压技
〔6〕　(德ChiristmannR,SchmaleHP,Schmittd,等1轿车和
载货车用发动机的两级可调增压系统〔J〕1国外内燃
机,2006,(11
〔7〕　(德SteinparzerF,等1新型两级增压BMW6缸共轨直
喷式柴油机〔J〕1国外内燃机,2006,(11〔8〕　朱梅林1涡轮增压器原理〔M〕1北京:国防工业出版
社,19821
〔9〕　吴森,等译1BOSCH汽油机管理系统〔M〕1北京:北京
理工大学出版社,20021
术的现状。
b1探讨了SUV车用“电喷”发动机采用废气涡轮增压技术的可行性。
c1对国内常用SUV车用“电喷”发动机采用废气涡轮增压技术的方案进行了初步探讨。

SUV车用_电喷_发动机废气涡轮增压技术初探

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