內(nèi)燃機機械增壓技術(shù)分析與性能評價

崔世明

摘要：隨著內(nèi)燃機的廣泛應(yīng)用，關(guān)于內(nèi)燃機的增壓問題也隨之而來，內(nèi)燃機的機械增壓技術(shù)關(guān)乎到內(nèi)燃機的發(fā)展，本文簡單敘述了內(nèi)燃機工作原理，從科學(xué)角度探究解析機械增壓技術(shù)的可實施性和機械增壓技術(shù)可能對內(nèi)燃機本身帶來的影響。結(jié)合最終所探究的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)機械增壓器所可能存在的漏洞，并提出相應(yīng)的解決措施方案，為未來內(nèi)燃機機械增壓技術(shù)的可持續(xù)性發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機;增加技術(shù);應(yīng)用

0 ?引言

機械增壓技術(shù)對于完善內(nèi)燃機性能來說提供較大幫助，機械增壓技術(shù)使得內(nèi)燃機工作效率得以提高，輸出功率也大大增加，動力性能也得以有效改良。增壓就勢必會使得空氣壓縮，較小的體積有助于氣缸中填充更多的空氣，這是有助于節(jié)能環(huán)保和燃料更充分的燃燒，從而提高燃料的利用率，機械增壓在內(nèi)燃機的增壓中，應(yīng)用最廣泛，除去機械增壓外，還有渦輪增壓外援增加以及負荷增壓。關(guān)于機械增壓的研究備受關(guān)注，機械增壓技術(shù)一定程度上關(guān)乎到內(nèi)燃機未來發(fā)展。

1 ?關(guān)于內(nèi)燃機機械增加技術(shù)的工作原理

增壓器即是指連接設(shè)備所帶有的增壓設(shè)備，增壓器的驅(qū)動方式具有多樣化，其中機械增壓具有結(jié)構(gòu)簡單的特點，簡單來說，內(nèi)燃機的增壓技術(shù)即是指壓縮氣缸內(nèi)的空氣，從而使氣體所占空間減小，在一定體積下，通過增加技術(shù)可以儲存更多的氣體，這可以有效提升熱效率，這正是增壓技術(shù)如何提高內(nèi)燃機性能的關(guān)鍵所在。依據(jù)內(nèi)燃機的功率公式，分析可知，若想內(nèi)燃機的功率得以提升，除了增壓外，還有大力提升轉(zhuǎn)速。若是想從轉(zhuǎn)速入手，從而提高其工作效率，難度非常大，眾所周知，關(guān)于內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速，其設(shè)備本身結(jié)構(gòu)占大部分因素，人為無法隨意對其進行提升，轉(zhuǎn)速的極限值也是有內(nèi)燃機的本身直接決定的，但是關(guān)于壓力更多的原于內(nèi)燃機機箱內(nèi)所能夠承受的空氣體積強弱，一個淺顯的道理，連接腔體內(nèi)所能儲存的氣體越大，那么隨之腔體內(nèi)的壓力也隨之增高，這就間接使得內(nèi)燃機的工作效率得以提高，輸出功率得以提升，結(jié)合以上分析可知，提高內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速難度趨勢過大，研究如何增加內(nèi)燃機腔內(nèi)的壓力實踐性更高且具有強大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2 ?淺析內(nèi)燃機機械增壓器

2.1 機械增壓器

機械增壓器是指容器式的轉(zhuǎn)子空氣壓縮機，將小部分機械的輸出功率舍去，通過不斷壓縮空氣體積的方式，來達到提升內(nèi)燃機功率的目的，而轉(zhuǎn)子又可分為二葉、三葉和直葉，通常情況下機械增壓器都是由同步轉(zhuǎn)動齒輪、主動和從動轉(zhuǎn)子等組成。其本質(zhì)上是一種強制性質(zhì)的容積置換泵，與渦輪增壓裝置相同，以增加進氣系統(tǒng)中空氣壓力和密度的方式，使內(nèi)燃機循環(huán)中的燃油接觸更多的空氣，從而使得燃燒變得更加充分，提高平均功率和產(chǎn)生的熱能并降低廢氣的排放。

簡單敘述機械增壓器的工作流程即可了解機械增壓原理，由內(nèi)燃機的曲軸轉(zhuǎn)動，帶輪感受到曲軸轉(zhuǎn)動，從而也隨之轉(zhuǎn)動，接下來即是同步齒輪，隨之從動轉(zhuǎn)子也隨著同步齒輪的轉(zhuǎn)動隨之轉(zhuǎn)動，如此環(huán)環(huán)相扣，將內(nèi)燃機內(nèi)所儲存的空氣先吸入，隨后，從排氣管道排出，如此循環(huán)往復(fù)就達到了空氣經(jīng)過內(nèi)燃機腔體，隨后還能夠?qū)U氣排出機械。而根據(jù)內(nèi)燃機工作的基本原理可以知道，如果想要獲得更大的平均輸出功率，只能通過改變通入內(nèi)燃機腔內(nèi)的氣體體積和壓力來實現(xiàn)。通入的氣體體積越多，產(chǎn)生的空氣壓力就越大，其燃燒便越充分，產(chǎn)生的熱能就越多，輸出的平均功率就越大。機械增壓裝置即是通過機械手段增加內(nèi)燃機進氣管通入氣體體積量的裝置。

2.2 機械增壓器的優(yōu)勢

首先在功率一定的情況下，內(nèi)燃機所占的空間比例較小，與其他機械相比，質(zhì)量不會過重，如果將增壓器使用在車內(nèi)具有眾多優(yōu)勢，車用內(nèi)燃機更具有經(jīng)濟性實用性。其次，一旦達到額定輸出功率，增壓內(nèi)燃機在摩擦損耗上更為狹小，在機械小部分呈現(xiàn)負荷狀態(tài)時，增壓內(nèi)燃機也與最大效率工況更為貼切。除此之外，科學(xué)且合理的設(shè)計增壓器，有利于使扭矩特性進化成為低速高扭矩，這對于增壓器來說實用性極高，更為重要的是一旦車輛駛上高海拔地區(qū)會直接影響內(nèi)燃機的工作效率，而根據(jù)這一問題，使用機械增壓技術(shù)都可以很好的解決。

2.3 節(jié)能環(huán)保

根據(jù)有關(guān)研究表明，增壓技術(shù)的實施可以有效使得廢氣量減少，以增壓汽油機為例，對燃燒室進行科學(xué)且合理的設(shè)計，通過科學(xué)技術(shù)手段，達到在渦輪機內(nèi)的燃燒時，HC值所下降的效果，在高強度負荷情況下，使得氮氧化物有所降低，與增加柴油機相比，正是由于空氣充足，從而使得排出的廢氣及煙度都有所減少。

2.4 可避免的噪音

經(jīng)過柴油機增加壓強后，會直接使得混合氣體，溫度大幅度上漲，這就直接導(dǎo)致著火延遲期提前，整個燃燒過程變得不再暴力，這無疑有助于直噴式柴油機，除此之外，換氣器也發(fā)揮著作用，其波動有助于噪音的減少。

2.5 提高經(jīng)濟實用性

減少不必要的經(jīng)濟損失，提高經(jīng)濟實用性，增壓器運行過程之中整個壓力的提升有助于緩解機械損耗，從而使得高負荷區(qū)域設(shè)備工作效率得以提升，至于低負荷區(qū)域，存在進氣和排氣的阻力以及換氣時都會遭受一定程度的損失，這使得成本升高，但是有關(guān)數(shù)據(jù)表明，在一定功率下，將增壓機與非增壓機相比較，增壓機在排量方面更具優(yōu)勢，同時機械損耗也更為微小，如若排量不發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速下降，那么相應(yīng)的設(shè)備損耗也就減小，機械的熱效率得以進一步提升。

3 ?車用增壓機所存在的機械負荷

如果將增壓技術(shù)應(yīng)用到汽車之中，進氣時的壓力也就是中冷器排出區(qū)域的壓力，進氣室壓力的不斷提升，也就要求著最高燃燒壓力也要隨之提升。而通常情況下車用柴油機使用增壓技術(shù)后，使得燃燒壓力的最高值大幅度上升，這也會直接影響到柴油機的負荷。關(guān)于降低機器負荷，主要有以下幾種方式：第一，合理縮小壓縮比，從柴油機整體工作流程入手，不難得知，通過將壓縮比提升的方式，可以有效使得設(shè)備的熱效率得以提升，但是，站在增加壓強后的設(shè)備角度上，壓縮比的上升會直接使得燃燒壓力的最高值大幅度提高，經(jīng)過精確緊密科學(xué)的計算合理分析可知，將壓縮比減小，可以提升效率。如果想通過縮減共有體減小的方式達到減輕車用增壓機的機械負荷，那么就是必須要關(guān)注具體環(huán)境，具體到排氣溫度是否符合規(guī)格，是否具有一定的富裕度，勢必要保證切勿使熱負荷大幅度增加，又可以有效解決機械負荷的問題。

4 ?分析機械增壓器的性能

在影響機械增壓器的各項性能指標的因素中，氣流脈動和泄漏是最為突出和重要的，需要更加詳細的說明和深究。

4.1 關(guān)于機械增壓器，泄漏氣體

在機械增壓器結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個零件之間，無法完美貼合，勢必存在一定縫隙，這也就說明了在設(shè)備運行之中，能量通過這些縫隙在同道中傳導(dǎo)時外泄，不利于內(nèi)燃機的有效功率輸出，而此種問題也正是機械增壓技術(shù)存在。所以進行對泄露問題的具體探究和改進工作，對于改善增壓器的工作性質(zhì)來說是大有裨益的。通常情況下將由于機械增壓器本身所存在的密封導(dǎo)致的泄漏問題，稱之為外泄漏，簡單直接的，對機械增壓器密封技術(shù)進行提升，就可以有效將此類問題解決，因此將更多的注意力放在由于內(nèi)部零件所存在的縫隙而導(dǎo)致的泄露問題。

縫隙泄漏更多的是由于轉(zhuǎn)子之間或轉(zhuǎn)子與腔體之間所存在的縫隙導(dǎo)致的，那么對于間隙泄漏的探究，已成必然趨勢，為了使得研究更加便捷，不妨假定，墻體內(nèi)重放的空氣，在膨脹后與處于進氣口的氣體，狀態(tài)一樣，將此種初始狀態(tài)，定為亞臨界狀態(tài)，需要注意的是，該狀態(tài)只存在于理論上，在實際生活中不存在，根據(jù)相關(guān)的亞臨界泄露經(jīng)驗公式，可以得知，已確立機械增壓器，問題壓力的大小，直接決定著泄漏量的大小，與轉(zhuǎn)速的快慢無關(guān)，也就是說在確定壓力的情況下，機械增壓器的泄漏量不變化是確立的，不會由于轉(zhuǎn)速的變動而隨之變化。

4.2 機械增壓器的氣流脈動

氣流脈動簡單來說即是指，在機械增壓器工作時，機器內(nèi)部由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，將出口的高壓強區(qū)域和進口的低壓強區(qū)域貫通，從而使得氣體回流噪音出現(xiàn)，此種情況的發(fā)生對于機械增壓器來說，帶來較大的惡劣影響，同時也可以依據(jù)此來判定某一個機械增壓器質(zhì)量的好壞。同樣的，為了使得研究更加快捷方便，將研究的模型假定為理想狀態(tài)下，依據(jù)相關(guān)公式以及理論知識進行計算，將最終所得到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，可知，如我想使得內(nèi)燃機的氣頭脈動可以有效減少，大致可以從兩個方向入手，一則是將其轉(zhuǎn)換成具有扭轉(zhuǎn)性能的線性轉(zhuǎn)子，這樣有助于緩解氣流回流的問題，從而有助于石油脈動的降低，二是緩解由于氣體脈動而導(dǎo)致的噪音，直接將排氣通道改良設(shè)計成為異型的，從而達到緩解噪音的目的。

5 ?關(guān)于車用汽油機所存在的問題以及應(yīng)對措施

5.1 敲擊增壓存在的主要問題

雖然汽油機的渦輪增壓技術(shù)與柴油機并無較大區(qū)別，但是二者發(fā)動機的性能特點卻有較大區(qū)分，這也間接要求了，針對二者的具體措施也大為不同。如果使用較為普遍的，新繁殖的汽油會直接使得爆炸趨勢，大幅度上升，而一旦爆炸趨勢擴大，壓縮比就會相應(yīng)減少，同時膨脹比也會減小，從而直接導(dǎo)致熱負荷的上升。總結(jié)來看，汽油機所應(yīng)用的增壓手段與柴油機相較存在以下仍需思考和改進的地方：①汽油機增壓易產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，降低熱效率;②負荷過大問題，汽油機在增壓后產(chǎn)生的熱負荷普遍偏高;③汽油機與增壓裝置的不適配問題，由于汽油機的轉(zhuǎn)速范圍相較于柴油機更寬，在增壓系統(tǒng)與汽油機匹配時更易造成增壓機的易損程度，影響機器使用壽命。

5.2 相應(yīng)措施

為了有效預(yù)防爆燃，可以通過使用熱值較高的燃料，這樣做可以有效減少壓縮比。設(shè)計更加科學(xué)合理的燃燒室，使得緩解和避免爆震，使得燃燒室擁有更強的機械負荷能力。除此之外還可以將添加和乙醇的混合物，通過水所具有的性能有效使整個汽車運行之中的溫度都得以降低，最終起到抗爆的作用，適當(dāng)向其添加醇類物質(zhì)，例如甲醇或乙醇都可以使得燃燒速度得以提高。甲醇自身所帶有的燃料特性，能夠控制指汽車燃料的需求，除此之外還具有能源多工藝簡單的特點，但其也存在一定的缺陷，由于甲醇與汽油在化學(xué)性能上差距較大，在使用時，就算與汽油混合，都有一定的難度系數(shù)。為解決此問題，可以添加乙醇汽油，使得燃料的燃燒速率得以提高，從而達到扛爆最終目的。

6 ?結(jié)束語

在對內(nèi)燃機的增壓原理和結(jié)構(gòu)進行相關(guān)的研究之后，筆者認為內(nèi)燃機在工作時應(yīng)采用機械增壓，這可以有效地提高燃料的燃燒效率，在油耗使用情況不變的條件下，這樣能夠有效地提升內(nèi)燃機的功率。機械增壓器受本身結(jié)構(gòu)的約束，存在著能量泄露和氣流脈動等不足的問題，需要對整個內(nèi)燃機尾氣口和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行相關(guān)的改造，這樣能夠提升整體的性能。

參考文獻：

[1]袁佳斌.對機械增壓和渦輪增壓的分析比較[J].科協(xié)論壇（下半月），2011（07）：92-93.

[2]吳卓鍵，李軍.車用增壓發(fā)動機性能改善技術(shù)應(yīng)用分析[J].北京汽車，2010（05）：5-8.

[3]劉厚根.汽車機械增壓器的設(shè)計與試驗研究[D].中南大學(xué)，2009.

[4]陳文波.內(nèi)燃機機械增壓技術(shù)分析與性能評價[J].機電工程技術(shù)，2015，44（12）：66-68.

[5]郭鵬江，呂金升，劉瑞祥，毛明明，鄭斌，劉永啟.內(nèi)燃機增壓技術(shù)多元化教學(xué)模式改革[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（72）：95-97.