增壓器
編輯在內燃機中,增壓器壓縮進氣,迫使更多的空氣進入發動機,以便為給定的排量產生更多的動力。目前的分類是,增壓器是一種強制感應形式,由機械驅動(通常通過發動機曲軸上的皮帶),與渦輪增壓器相反,渦輪增壓器由廢氣的動能提供動力。然而,直到20世紀中葉,渦輪增壓器才被稱為渦輪增壓器,被認為是增壓器的一種。xxx臺增壓發動機制造于1878年,1910年xxx始用于飛機發動機,1920年xxx始用于汽車發動機。在飛機使用的活塞發動機中,增壓通常用于補償高海拔地區較低的空氣密度。增壓器在21世紀不太常用,因為制造商已轉向渦輪增壓器以減少燃料消耗和/或增加功率輸出。
增壓器的設計
編輯類型
根據氣體傳輸的方法定義了兩大類增壓器:容積式增壓器和動態增壓器。正排量增壓器在所有發動機轉速(RPM)下提供幾乎恒定水平的增壓壓力增加,而動態增壓器使增壓壓力隨RPM呈指數上升(高于某個RPM閾值)。另一個增壓器系列,盡管很少使用,是壓力波增壓器。羅茨鼓風機(正排量設計)在高增壓水平下的效率往往只有40-50%,而動態增壓器的效率為70-85%。Lysholm式鼓風機(旋轉螺桿設計)在負載/速度/增壓的窄范圍內幾乎與動態增壓器一樣高效,系統必須專門為此設計。
正排量
容積式泵在壓縮機每轉一圈時輸送的空氣量幾乎是固定的(泄漏除外,泄漏通常在較高的發動機轉速下會降低影響)。最常見的正排量增壓器類型是羅茨式增壓器。其他類型包括旋轉螺桿式、滑動葉片式和渦旋式增壓器。正排量增壓器的評級系統通常基于其每轉容量。對于羅茨鼓風機,GMC評級模式是典型的。GMC評級基于設計用于清除的二沖程氣缸的數量以及這些氣缸的大小,GMC的型號范圍包括2–71、3–71、4–71和6–71鼓風機。例如,6–71鼓風機設計用于清除6個71立方英寸(1.2升)的氣缸,從而使發動機的總排量為426立方英寸(7.0升))。但是,由于6-71是發動機的代號,而不是鼓風機的代號,所以鼓風機的實際排量要少一些;例如,一臺6–71鼓風機每轉可泵送339立方英寸(5.6升)。其他增壓器制造商生產的鼓風機額定值高達16-71。
動態的
動態壓縮機依賴于將空氣加速到高速,然后通過擴散或減慢空氣的速度來換取壓力。動態壓縮器的主要類型有:
- 離心式
- 多級軸流
驅動系統
驅動增壓器的常用方法包括:
燃料辛烷值的影響
具有較高辛烷值的燃料能夠更好地抵抗自燃和爆炸。結果,由增壓器提供的增壓量可以增加,從而導致發動機輸出增加。1930年代在美國率先開發的100辛烷航空燃料使高性能航空發動機能夠使用更高的增壓壓力,并被用于大幅增加幾架速度創紀錄的飛機的動力輸出。高辛烷值燃料的軍事用途始于1940年初,當時100辛烷值燃料被交付給在二戰中作戰的英國皇家空軍。德國空軍也有類似的燃料供應。在xxx的剩余時間里,提高辛烷值成為航空發動機開發的主要焦點,后來的燃料達到了標稱的150辛烷值。使用這種燃料,勞斯萊斯Merlin66和戴姆勒奔馳DB605DC等航空發動機可產生高達2,000馬力(1,500千瓦)的功率輸出。
進氣加熱
強制進氣(即增壓或渦輪增壓)的一個缺點是壓縮進氣會增加其溫度。對于內燃機而言,進氣溫度成為發動機性能的限制因素。極端溫度會導致提前點火或爆震,從而降低性能并導致發動機損壞。較高的環境空氣溫度和較高的增壓水平會增加提前點火/爆震的風險。
增壓與渦輪增壓
編輯渦輪增壓發動機使用通常被浪費的廢氣中的能量,而機械增壓則從發動機中獲取動力。因此,渦輪增壓發動機通常比機械增壓發動機產生更多的動力和更好的燃油經濟性。然而,渦輪增壓器會導致渦輪遲滯(尤其是在較低的轉速下),此時廢氣流量最初不足以使渦輪增壓器旋轉并達到所需的增壓水平,從而導致油門響應延遲。出于這個原因,增壓發動機在油門響應是關鍵問題的應用中很常見,例如飆車和拖拉機牽引比賽。增壓的一個缺點是發動機必須承受發動機的凈功率輸出加上驅動增壓器的功率。渦輪增壓發動機更容易對進氣進行熱浸(因為渦輪增壓可以將熱排氣部件放置在進氣系統附近),盡管這可以通過使用中冷器來克服。
雙充電
在1985年和1986年的世界拉力錦標賽中,藍旗亞使用了DeltaS4,它結合了皮帶驅動的增壓器和排氣驅動的渦輪增壓器。該設計在進氣和排氣系統中使用了一系列復雜的旁通閥以及電磁離合器,以便在發動機低速時從增壓器獲得增壓。在轉速范圍的中間,兩個系統都產生了增壓,而在最高轉速時,系統將驅動器與增壓器斷開并隔離了相關的管道。這樣做是為了嘗試利用每個充電系統的優點,同時消除缺點。反過來,這種方法帶來了更大的復雜性并影響了汽車在WRC賽事中的可靠性,并增加了最終設計中發動機輔助設備的重量。雙增壓發動機偶爾會用于量產車,例如2005-2007年的大眾1.4升發動機和2017年至今的沃爾沃B4204T43/B4204T482.0升四缸發動機。
增壓器歷史
編輯1849年,英國伯明翰的G.Jones開始制造凸輪泵壓縮機,為煤礦提供通風。1860年,美國的羅茨鼓風機公司(由Philander和FrancisMarionRoots兄弟創立)為用于高爐和其他工業應用的鼓風機的設計申請了專利。這臺空氣推進器和伯明翰的通風壓縮機都采用了類似于后來的羅茨式增壓器的設計。1878年3月,德國工程師HeinrichKrigar獲得了螺桿式壓縮機的xxx項專利。該設計是具有相同形狀轉子的雙葉轉子組件,但該設計并未投入生產。同樣在1878年,蘇格蘭工程師DugaldClerk設計了xxx個與發動機一起使用的增壓器。該增壓器與二沖程燃氣發動機一起使用。GottliebDaimler于1885年獲得了對內燃機進行增壓的德國專利。LouisRenault于1902年在法國獲得了離心增壓器的專利。
在汽車上的使用
它們以Kompressor車型銷售,該術語用于各種車型直到2012年。大約此時的增壓賽車包括1923年菲亞特805-405、1923年米勒122、1924年阿爾法羅密歐P2、1924年Sunbeam大獎賽賽季賽車、1925年Delage和1926年布加迪Type35C。其中最著名的增壓汽車是1929年推出的賓利4?升(BlowerBentley)。1935年,當瑞典工程師AlfLysholm為具有5個內螺紋和4個外螺紋轉子的螺桿式壓縮機設計專利時,螺桿式增壓器的發展達到了一個里程碑。在21世紀,隨著制造商轉向渦輪增壓以實現更高的燃油經濟性和功率輸出,機械增壓量產汽車發動機已變得不那么普遍。例如,梅賽德斯-奔馳2000年代初期的發動機(如C230K直列四缸發動機、C32AMGV6和CL55AMGV8發動機)在2010年左右被渦輪增壓發動機取代,例如C250和CLS65AMG車型。不過也有例外,比如奧迪3.0TFSI增壓V6(2009年推出)和捷豹AJ-V8增壓V8(2009年升級到GenIII版本)。
在飛機上的使用
在1930年代,為航空發動機的增壓器開發了兩速驅動器,以提供更靈活的飛機操作。這種安排還需要制造和維護的更復雜。齒輪使用液壓離合器系統將增壓器連接到發動機,最初由飛行員手動接合或分離,并在駕駛艙內進行控制。在低海拔地區,將使用低速齒輪,以防止過度的增壓水平。在更高的高度,增壓器可以切換到更高的檔位以補償降低的進氣密度。在不列顛之戰中,由勞斯萊斯梅林發動機提供動力的噴火戰斗機和颶風飛機主要配備了單級和單速增壓器。1942年,勞斯萊斯梅林61航空發動機采用了帶后冷的兩速兩級增壓。盡管德國發動機的排量明顯更大,但改進的性能使他們提供動力的飛機與他們在整個二戰期間所反對的德國飛機相比,保持了至關重要的優勢。兩級增壓器也總是兩速。在低壓級壓縮空氣后,空氣流過熱交換器(中冷器),在此冷卻后再次被高壓級壓縮,然后還可能在另一個熱交換器中進行后冷。
用于飛機發動機
編輯海拔效應
由于高海拔地區空氣密度降低,飛機發動機經常使用增壓和渦輪增壓。例如,30,000ft(9,100m)處的空氣密度是海平面的1?3,因此自然吸氣發動機可以燃燒的燃料是原來的1?3,因此功率輸出會xxx降低.增壓器/渦輪增壓器可以被認為是通過壓縮空氣人為地增加空氣的密度,或者每次活塞在進氣沖程向下移動時迫使更多的空氣進入氣缸。由于增壓器通常設計為在高海拔地區(空氣密度較低)產生一定量的增壓,因此增壓器通常尺寸過大以適應低海拔地區。為防止增壓水平過高,在低空監測進氣歧管壓力非常重要。隨著飛機爬升和空氣密度下降,油門可以逐漸打開以獲得給定高度的xxx安全功率水平。油門完全打開且發動機仍產生全額定功率的高度稱為臨界高度。在臨界高度以上,發動機功率輸出將降低,因為增壓器不再能夠完全補償空氣密度的下降。在低海拔(例如在地面)遇到的另一個問題是進氣比高海拔更熱。較暖的空氣降低了發動機爆震發生的閾值,尤其是在機械增壓或渦輪增壓發動機中。在地面冷卻進氣的方法包括中冷器/后冷器、防爆噴射、兩速增壓器和兩級增壓器。
攝入冷凍
在使用化油器的增壓發動機中,節氣門部分打開會降低化油器內的氣壓。在寒冷條件下,這種低壓空氣會導致節流板處結冰。即使發動機以全額定功率運行,大量的冰也會導致發動機故障。
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