轿车用四冲程柴油机

轿车用四冲程柴油机对增压器的要求，主要是受发动 极 宽 的转速范 围所支配 (轿车常用 的转速范 围为 1000  5000r/min)。

首先，我们研究一下对这类发动机所希望具有的扭矩特 性曲线。图5-23所示为一种排量为2L 的欧洲高级轿车用非 增压型(自然进气)柴油机的输出功率和其BMEP  (或扭  矩)曲线。排量为1.5L.和 IL   的机械式增压或废气涡轮增 压发动机，可以考虑用来代替排量为2L 的非增压发动机。 在等效输出功率特性下，对三种发动机的平均有效制动压力 的要求，也一并示于图5-23上。假设空燃比值为最小(通常，

直喷式柴油机，由于烟度的限制，其空燃比为I7:1~ 13:

1),可以用方程(14)计算给定的发动机功率下所要求的空 气流量。也可以用方程式(4)绘出进入发动机的空气质量流 量作为发动机转速和压气机压比的函数曲线，图5-24就是由 计算结果所绘出的图线，假设采用与非增压发动机同样的方式，即容积效率随着转速而变化，要求空气流量与全速运行 时增压压力曲线的要求相匹配。当然，这并不意外，由于我 们试图达到与非增压发动机扭矩曲线等同的目的，则所要求 的压气机的压比几乎应为一个常数。即排量为1.5L 的发动 机所要求的压比约为1.75;排量1L的发动机压比约为3.1。

在两种情况下，均要求压气机其有非常宽的流量范围。也就 是说，要求压气机在质量流量为15%～100%的范围内，保持恒定的压比。

如果采用充气冷 却 ( 空冷 式), 则所  要求的压气机压比便 可降低，图5-25就是 图3-24对应的配对图 形。它为一台中冷式 发动机，其冷却器效 率为0.7,但其自身 的压降儿乎为零(实 际上小型的充气冷却 器具有较大的压力损 失)。要求这种充气 冷却器降低压比的限 额是：1.75降至1.45  (1.5L  发动机) ;3.1降至2 . 25(1L 发动机)。图5-24和5-25中，1.5L的发动机 可视作一种实用的情况，特别是有充气冷却时更有实效。

然而，排量为1L  的发动机仍需采用高压力的压气机。

驱动压气机所需要的功率，如图5-26(假设其等熵效率 为70%),是发动机功率的函数 。如采用机械式增压器，为 了提供相应的功率，那么就必须增加发动机的平均有效指示 压力，因而，燃油量和空气流量也必须作相应的增加。为了 简化讨论起见，在图5-26中对上述情况均未考虑，所以，这 类增压器实际所需要的功率就被低估了一些。然而，图5-26所示系排量为1.5L,     尤

其是有充气冷却的发动机 的型式。这种1.5L  的 发 动机可以轻便地驱动机械 式增压器。如在不需要增 压时，能够使其分离或旁 通，那么除了在满负荷的 情况下，发动机的效率损 失是非常小的。由于轿车 发动机在任何时候都很少 在节气门全开的情况下运 行，敌这种效率损失，可 以通过减少摩擦和减轻发 动机的重量来弥补，从而 为这种发动机和汽车的设 计作出效率损失的规定。

这样一来，排量为1.5L 的发动机既可以选用废气 涡轮增压，也可以选用机械式增压了。与此相反，为驱动排量为1L 的发动机所用的 压气机，其所需要的功率为发动机输出功率的14%(有充气 冷却)或20%(无充气冷却),所消耗的功率大大超过了 1.5L  发动机采用机械式驱动增压的情况。由于小型发动机 在运行中要求增压压力较高，所以这种发动机必须采用废气 涡轮增压的方式。

对涡轮增压器总效率的要求示于图5-27。该图很类似于 载货车用发动机对增压器所要求的图线(见图5-16),但是，当涡轮的进气温度能几乎恒定的空燃比上升时，增压器 的总效率有随发动机转速下降的趋势。增压器只能算作汽车 的小型附件，即使是这样，一台现代的废气涡轮增压器也应 能达到图5-27所示的要求。然面，对涡轮流量特性的要求仍 然是一个难题。

因为，无论发动机的转速或质量比流量如何变化，压气 机的增压压力几乎为常数，所以，涡轮的膨胀比也应该近乎 是一个常数。类似图5-28那样的喷嘴流量特性是相当不适应 的，在这方面，轿率发动机所遇到的难题比载货汽车发动机 还多。正如图5-28所示的那样，其喷嘴特性在低的空气流速 下，不能达到足够大的膨胀比，而在高的空气流速下，压比又 显得不够高。一种解决的办法是菜用一种超小型的涡轮和相应极小的喷嘴，并与 排气放气阀相通，在 高速时让涡轮中的废 气旁路(通过高速时 增压压力上升的情况 判明)。即使如此，

在发动机以极低的转 速运行时，要获得所 需要的增压压力，以 及在高速运行时，又 不致于使发动机的效 率有明显的损失--- 这仍然有困难的，其 原因不外乎是排气歧 管压力较高所致。

小结如下：

(a) 一台1.5L 排量的增压发动机可以用来代替一台2 L 排量的非增压发动机，如果有充气冷却就更适宜。

(b) 这类发动机既可采用机械式增压，也可采用废气涡 轮增压。但采用机械式增压器时，当不需要增压时应能使其 分离或旁路。

(c)当采用1L 排量的增压发动机代替2 L 排量的非增 压发动机时，对于压气机所需要的功率只能按照带充气冷却 的废气涡轮增压器所需的功率作出切合实际的规定。

(d) 由于1.5L和2 L 排量的发动机均要求压气机具有较 宽的流量范周，所以对涡轮增压器总效率的要求就不会很高。

(e) 涡轮的流量特性是最困难的问题， 一般采用排气放

气阀或用可变几何形状的涡轮来解决。