商用车柴油机增压与经济性

　　提高柴油机功率的方法很多，但限制亦多。由柴油机有效功率的公式可知，改变柴油机的结构参数，如缸径、行程、气缸数和类型系数(四冲程发动机为0.25，二冲程发动机为0.5)，可以提高柴油机功率，但对既定柴油机基本无意义。

有效功率＝气缸平均压力×缸径²×行程×转速×气缸数×类型系数(1-1)　　提高转速可以提高柴油机有效功率，但转速提高会使磨损增加，导致有效功率下降，因此用提高转速的方法提高柴油机的有效功率是有限的。现代节能型柴油机反而可通过降低转速以获得更高的经济性。　　气缸平均压力增加，有效功率提高。要提高气缸平均压力，一般采用每循环使更多燃油有效燃烧的方式获得。但更多的燃油量要求更多的进气量与之相匹配。而更多的进气最有效的方式就是采用增压技术。　　增压简单地说就是用提高柴油机进气压力的方法，使充入气缸内的空气密度提高，从而增加每循环的喷油量以提高柴油机平均压力和功率的一种途径。增压度即为柴油机增压后的标定功率与增压前的标定功率的比值，而增压比是柴油机增压后的进气压力与增压前的进气压力的比值。

增压的方式有多种，有机械增压、废气涡轮增压、气波增压和复合增压。机械增压发动机输出轴直接驱动机械增压器，实现对进气的压缩，这种方式提出最早，但其优点与缺点同样突出。废气涡轮增压采用的压气机与涡轮同轴相连，构成涡轮增压器。涡轮在排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，实现进气增压。气波增压是利用进气及排气系统中的波动效应来压缩进气，著名的气波增压器(Comprex)就是其中之一。复合增压则由上述各种方式组合而成，如机械增压与涡轮增压的结合等。目前应用较多的是废气涡轮增压。　　最早的涡轮增压器是用于跑车或方程式赛车上的，以便使在发动机排量受到限制的赛车比赛里面，发动机能够获得更大的功率。柴油机的涡轮增压技术在20世纪中叶开始大规模商业应用并逐步推广到汽油机中。目前，大功率柴油机的绝大部分、车用柴油机的半数以上，以及相当比例的高性能汽油机，均采用了增压技术。　　废气涡轮增压是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，其示意图如图1-11所示。涡轮带动同轴的叶轮，叶轮压缩由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快时，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

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图1-11 废气涡轮增压装置示意图

　　一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及转矩要增大40％～60％，甚至更多。其正面意义主要为改善了经济性，比质量减小，升功率增加，增压器的质量与尺寸都较小，内燃机的总体质量增加不大，而输出功率可以得到大幅度的提高。采用增压技术可降低内燃机单位功率的造价，提高材料的利用率。对于大型柴油机而言，经济效益更加突出。同时，增压还可降低排气噪声，具有可在高原地区恢复功率、排放性能改善、燃烧柔和、燃烧噪声降低、技术适应性广的优点。