1、哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文DA465Q汽油機渦輪增壓技術(shù)研究姓名:宗立君申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):動力工程指導(dǎo)教師:王銀燕;賈力20060501 哈爾濱I:程人學(xué)碩十學(xué)位論文DA465Q電噴汽油機是東安汽車動力股份有限公司與上海聯(lián)合汽車電子(UAES有限公司合作開發(fā)的的電子燃油噴射汽油機,UAES系統(tǒng)為順序電火、順序噴射,并具有爆震閉環(huán)控制、怠速閉環(huán)控制、燃油蒸發(fā)污染和空調(diào)自動控制等功能,是一種帶分電器式閉環(huán)控制發(fā)動機管理系統(tǒng),該系統(tǒng)所采用的傳感器有節(jié)氣門位置傳感器、進(jìn)氣溫度壓力傳感器、爆震傳感器、冷卻液溫度傳感器、氧傳感器。轉(zhuǎn)速傳感器。執(zhí)行器有電動燃油泵、噴油器、點火線圈、怠速調(diào)節(jié)器及碳罐控制

2、閥。該發(fā)動機主要配套于哈飛中意、哈飛民意、漢江賽福、海象、昌河汽車等車型上,其外觀如圖3.1所示。 為了提高DA465Q自然吸氣式電噴汽油機升功率,哈爾濱工程大學(xué)和東安發(fā)動機有限公司合作,在排量不變的條件下,將DA465Q汽油機改裝為增壓機型。 哈爾濱:r稃大學(xué)碩十學(xué)位論文k1,4故確定壓氣機的設(shè)計參數(shù)為:依據(jù)以上理論計算結(jié)果,經(jīng)我們一段時間的了解和調(diào)查,目前國內(nèi)尚沒有1.0升左右的增壓汽油機,也沒有滿足該排量的小型增壓器。但在巴西大眾有一款1.0升的增壓汽油機,該汽油機的增壓壓力達(dá)到了2.2MPa,使用的增壓器GTl2為美國霍尼韋爾公司的產(chǎn)品。我們的發(fā)動機排量與其相當(dāng),技術(shù)上可以借鑒,經(jīng)我們

3、與霍尼韋爾公司進(jìn)行技術(shù)協(xié)調(diào)后,認(rèn)定其產(chǎn)品能滿足我們發(fā)動機的需要,因此,我們決定首先選用GTl2增壓器進(jìn)行DA465Q發(fā)動機的增壓開發(fā),其外形見圖3.2。壓氣機特性見圖3.3所示。 哈爾濱-1:程大學(xué)碩士學(xué)位論文區(qū),渦輪達(dá)不到所要求的轉(zhuǎn)速,壓縮空氣不足,功率不夠。為此進(jìn)行進(jìn)氣量調(diào)節(jié),如圖3.4所示,當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉將在增壓器的進(jìn)氣壓縮部分管路中產(chǎn)生持續(xù)升高的壓力(此時氣體幾乎不能流動,渦輪受到很大的制動阻力;當(dāng)節(jié)氣門開啟后,又要希望增壓器盡快的升至工作轉(zhuǎn)速,為解決這一問題便采用了壓力保護(hù)調(diào)解。完成該項功能的就是旁通閥,它為氣動元件。具體執(zhí)行是由氣壓來操縱膜片彈簧來實現(xiàn)旁通閥的開啟。當(dāng)真空度較大時膜片

4、彈簧被吸上行閥門打開;反之則旁通閥關(guān)閉。要節(jié)氣門關(guān)閉旁通閥就在增壓管路中形成小循環(huán),如此可避免渦輪被阻力制動。當(dāng)節(jié)氣門重新開啟時進(jìn)氣岐管真空度下降,旁通閥在膜片彈簧作用下回位,處于關(guān)閉狀態(tài),小循環(huán)回路斷開,進(jìn)入壓力調(diào)節(jié)狀態(tài)。 一般來講,發(fā)動機每循環(huán)經(jīng)過吸氣,壓縮,作功,捧氣四個過程。安裝廢氣渦輪增壓器后,其工作過程為先期壓縮(在增壓器-h經(jīng)過中冷器中進(jìn)行冷卻一吸氣-壓縮寸做功一釋放至渦輪一排氣。如圖3.5所示。廢氣增壓器通過壓縮吸入空氣,使空氣密度增加,于是每個進(jìn)氣沖程進(jìn)入哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文燃燒室的空氣量增加,從而增加氧含量,達(dá)到快速燃燒的目的,提高功率和扭矩。 本章詳細(xì)介紹了DA46

5、5Q汽油機的技術(shù)參數(shù),依據(jù)增壓后所要求達(dá)到的動力性、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)參數(shù),從理論上計算了適合該發(fā)動機需求的增壓器參數(shù),并結(jié)合實際情況,初步確定使用GTl2渦輪增壓器對DA465Q進(jìn)行增壓,同時給出了GTl2渦輪增壓器的外形圖以及壓氣機特性圖,筒透增壓后發(fā)動機的工作過程。 哈爾濱1:程人學(xué)碩十學(xué)位論文機安裝了機油散熱器,但是增壓器與發(fā)動機共用一個潤滑系結(jié)構(gòu)簡單,便于改裝,制作樣機時暫時用一個潤滑系,缺點是如果油壓不能滿足增壓器軸承潤滑的要求,使軸承因機油壓力不足而易于磨損,樣機因此而不能通過可靠性試驗,那么就要考慮增加一個潤滑系。在缸體油壓傳感器旁邊油路上開一孔分出一條油路潤滑增壓器。潤滑油路為:缸體

6、_增壓器迸油管斗增壓器一增壓器出油管一機油盤 圖4.1缸體油道出13圖4.2增壓器進(jìn)油管(細(xì)與出油管(粗 冷卻系統(tǒng)由于熱負(fù)荷的增加,有可能出現(xiàn)過熱問題,那么就要考慮加大水泵、加大散熱器的容積、提高風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來解決發(fā)動機的過熱。問題為簡化結(jié)構(gòu)暫用原冷卻系統(tǒng),利用暖風(fēng)出水管為增壓器進(jìn)行冷卻,增壓器的循環(huán)哈爾濱I:程人學(xué)碩十學(xué)i=論文水路為:節(jié)溫器座_暖風(fēng)出水管斗增壓器進(jìn)水管一增壓器_增壓器出水管寸進(jìn)水管。 增壓后發(fā)動機的最高燃燒壓力增大,不僅熱負(fù)荷增大,由氣體負(fù)荷決定的機械負(fù)荷加大。但采用中等增壓度,一般發(fā)動機的機械強度是不成問題的,對于東安DA465Q這種小型高速發(fā)動機來說,軸承的最高負(fù)荷主要是

7、由慣性力而不是氣體壓力引起的,所以增大氣體壓力并不會使最高軸承負(fù)荷增加很多。同時由氣缸壁部的應(yīng)力來看,也不會有太大問題,這是因為氣缸壁厚往往是從鑄造和加工工藝的要求出發(fā)來決定的,安全系數(shù)一般偏大很多。從資料查看一些增壓發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)可以看出,增壓發(fā)動機的磨損也不比非增壓發(fā)動機的磨損大。曲軸、連桿等零部件的強度問題(查閱資料表明,DA465Q機增壓后的性能指標(biāo)與4A31機相當(dāng),4A31機的缸徑65,曲軸主軸徑40,連桿軸徑36,連桿尺寸也相當(dāng)應(yīng)無問題,暫時只對曲軸進(jìn)行軟氮化處理,可靠性時進(jìn)行試驗考核、驗證。不過增壓后,最高燃燒壓力和溫度增大,氣缸墊的強度應(yīng)加強,否則容易沖缸墊。缸體缸蓋的連接螺栓

8、強度要足夠,力矩也要加大。增壓發(fā)動機的進(jìn)氣量增加,空氣濾清器的尺寸也應(yīng)相應(yīng)加大。空氣濾清器的布置位置應(yīng)使壓氣機的迸氣阻力盡可能的小,同時避免靠近排氣管、渦殼等具有強烈熱輻射的部位,以減小對進(jìn)氣空氣的加熱。迸氣歧管暫時保持不變。將來主要根據(jù)結(jié)構(gòu)布置需要再確定是否重新設(shè)計。增壓發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)流向如下所示:空氣濾清器管路一增壓器空氣入口一增壓器空氣增壓后出口哼管路一中間冷卻器寸管路斗節(jié)氣門體寸進(jìn)氣歧管請參看一些實物照片: 排氣歧管需重新設(shè)計,排氣總管也要相應(yīng)加大,以減小渦輪排氣阻力。渦輪出口到排氣總管之間的過渡應(yīng)圓滑,并避免截面突然加大而引起渦流。在初期可保持走向不變將增壓器接口設(shè)計上,將來根據(jù)整車

9、的布置需要和可靠性的試驗情況考慮進(jìn)一步的改進(jìn)方案。值得慶幸的是增壓發(fā)動機的排氣噪聲顯著下降,因為渦輪具有一定的消音作用。根據(jù)增壓器利用廢氣方式的不同,我們制作了兩種排氣岐管。一種將四個缸的排氣支管匯集到一根排氣總管上,即建立一套恒壓系統(tǒng),如圖4.12所示。另一種1、4缸和2、3缸的排氣管分別使用獨立的排氣總管,即建立一套脈沖系統(tǒng),能有效的利用脈沖能,避免掃氣干擾,綜合性能較好,適合小型發(fā)動機。如圖4.13所示。 哈爾濱I:程大學(xué)碩七學(xué)仿論文 發(fā)動機都有最佳的點火正時,壓縮比、爆震、燃油經(jīng)濟(jì)性都與點火角有 圖416磨損的話摩 改善活塞的冷卻為了減輕活塞的熱負(fù)荷,改變連桿油孔的噴油角度,使機油噴向

10、活塞頂部以冷卻活塞,增加曲軸油孔數(shù)量,使噴油次數(shù)增加。圖4.18、4.19為改進(jìn)的連桿和曲軸。 改變活塞頭部和裙部的外形。根據(jù)增壓后發(fā)動機的熱負(fù)荷和機械負(fù)荷均有增加,活塞形狀應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。故對活塞的表面形狀進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計,頭部改為橢圓,活塞裙部橢圓形線也做了調(diào)整。 在汽油機上進(jìn)行廢氣渦輪增壓,首先要涉及增壓器的布置問題,增壓器放在節(jié)氣門體之前或之后,可以分為前置方案和后置方案。經(jīng)多方考慮決定采用前置方式,因為采用前置方式有如下優(yōu)點:節(jié)氣門體與迸氣歧管安裝位置不變,不用重新設(shè)計。增壓器發(fā)生故障不能運轉(zhuǎn)時,易于與發(fā)動機脫開,恢復(fù)原機運行。當(dāng)發(fā)動機回火時,不易損傷壓氣機葉輪。離進(jìn)氣岐管較遠(yuǎn),避免將增壓器中的潤滑油吸入氣缸燃燒掉。增壓器在發(fā)動機上的布置,如圖4.20、4.2l所示。增壓器潤滑油由主油道引出經(jīng)過增