內燃機機械增壓技術分析與性能評價

崔世明

摘要：隨著內燃機的廣泛應用，關于內燃機的增壓問題也隨之而來，內燃機的機械增壓技術關乎到內燃機的發展，本文簡單敘述了內燃機工作原理，從科學角度探究解析機械增壓技術的可實施性和機械增壓技術可能對內燃機本身帶來的影響。結合最終所探究的數據，發現機械增壓器所可能存在的漏洞，并提出相應的解決措施方案，為未來內燃機機械增壓技術的可持續性發展提供科學依據。

關鍵詞：內燃機;增加技術;應用

0 ?引言

機械增壓技術對于完善內燃機性能來說提供較大幫助，機械增壓技術使得內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，這是有助于節能環保和燃料更充分的燃燒，從而提高燃料的利用率，機械增壓在內燃機的增壓中，應用最廣泛，除去機械增壓外，還有渦輪增壓外援增加以及負荷增壓。關于機械增壓的研究備受關注，機械增壓技術一定程度上關乎到內燃機未來發展。

1 ?關于內燃機機械增加技術的工作原理

增壓器即是指連接設備所帶有的增壓設備，增壓器的驅動方式具有多樣化，其中機械增壓具有結構簡單的特點，簡單來說，內燃機的增壓技術即是指壓縮氣缸內的空氣，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，這正是增壓技術如何提高內燃機性能的關鍵所在。依據內燃機的功率公式，分析可知，若想內燃機的功率得以提升，除了增壓外，還有大力提升轉速。若是想從轉速入手，從而提高其工作效率，難度非常大，眾所周知，關于內燃機的轉速，其設備本身結構占大部分因素，人為無法隨意對其進行提升，轉速的極限值也是有內燃機的本身直接決定的，但是關于壓力更多的原于內燃機機箱內所能夠承受的空氣體積強弱，一個淺顯的道理，連接腔體內所能儲存的氣體越大，那么隨之腔體內的壓力也隨之增高，這就間接使得內燃機的工作效率得以提高，輸出功率得以提升，結合以上分析可知，提高內燃機轉速難度趨勢過大，研究如何增加內燃機腔內的壓力實踐性更高且具有強大的發展潛力。

2 ?淺析內燃機機械增壓器

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，來達到提升內燃機功率的目的，而轉子又可分為二葉、三葉和直葉，通常情況下機械增壓器都是由同步轉動齒輪、主動和從動轉子等組成。其本質上是一種強制性質的容積置換泵，與渦輪增壓裝置相同，以增加進氣系統中空氣壓力和密度的方式，使內燃機循環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，由內燃機的曲軸轉動，帶輪感受到曲軸轉動，從而也隨之轉動，接下來即是同步齒輪，隨之從動轉子也隨著同步齒輪的轉動隨之轉動，如此環環相扣，將內燃機內所儲存的空氣先吸入，隨后，從排氣管道排出，如此循環往復就達到了空氣經過內燃機腔體，隨后還能夠將廢氣排出機械。而根據內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燃機腔內的氣體體積和壓力來實現。通入的氣體體積越多，產生的空氣壓力就越大，其燃燒便越充分，產生的熱能就越多，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燃機進氣管通入氣體體積量的裝置。

2.2 機械增壓器的優勢

首先在功率一定的情況下，內燃機所占的空間比例較小，與其他機械相比，質量不會過重，如果將增壓器使用在車內具有眾多優勢，車用內燃機更具有經濟性實用性。其次，一旦達到額定輸出功率，增壓內燃機在摩擦損耗上更為狹小，在機械小部分呈現負荷狀態時，增壓內燃機也與最大效率工況更為貼切。除此之外，科學且合理的設計增壓器，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會直接影響內燃機的工作效率，而根據這一問題，使用機械增壓技術都可以很好的解決。

2.3 節能環保

根據有關研究表明，增壓技術的實施可以有效使得廢氣量減少，以增壓汽油機為例，對燃燒室進行科學且合理的設計，通過科學技術手段，達到在渦輪機內的燃燒時，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，換氣器也發揮著作用，其波動有助于噪音的減少。

2.5 提高經濟實用性

減少不必要的經濟損失，提高經濟實用性，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，從而使得高負荷區域設備工作效率得以提升，至于低負荷區域，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，但是有關數據表明，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勢，同時機械損耗也更為微小，如若排量不發生變化，轉速下降，那么相應的設備損耗也就減小，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

如果將增壓技術應用到汽車之中，進氣時的壓力也就是中冷器排出區域的壓力，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，可以有效使得設備的熱效率得以提升，但是，站在增加壓強后的設備角度上，壓縮比的上升會直接使得燃燒壓力的最高值大幅度提高，經過精確緊密科學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，那么就是必須要關注具體環境，具體到排氣溫度是否符合規格，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 關于機械增壓器，泄漏氣體

在機械增壓器結構內部各個零件之間，無法完美貼合，勢必存在一定縫隙，這也就說明了在設備運行之中，能量通過這些縫隙在同道中傳導時外泄，不利于內燃機的有效功率輸出，而此種問題也正是機械增壓技術存在。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部零件所存在的縫隙而導致的泄露問題。

縫隙泄漏更多的是由于轉子之間或轉子與腔體之間所存在的縫隙導致的，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，墻體內重放的空氣，在膨脹后與處于進氣口的氣體，狀態一樣，將此種初始狀態，定為亞臨界狀態，需要注意的是，該狀態只存在于理論上，在實際生活中不存在，根據相關的亞臨界泄露經驗公式，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，與轉速的快慢無關，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，機器內部由于轉子的轉動，將出口的高壓強區域和進口的低壓強區域貫通，從而使得氣體回流噪音出現，此種情況的發生對于機械增壓器來說，帶來較大的惡劣影響，同時也可以依據此來判定某一個機械增壓器質量的好壞。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下，依據相關公式以及理論知識進行計算，將最終所得到的數據統計分析，可知，如我想使得內燃機的氣頭脈動可以有效減少，大致可以從兩個方向入手，一則是將其轉換成具有扭轉性能的線性轉子，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致的噪音，直接將排氣通道改良設計成為異型的，從而達到緩解噪音的目的。

5 ?關于車用汽油機所存在的問題以及應對措施

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與柴油機并無較大區別，但是二者發動機的性能特點卻有較大區分，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，壓縮比就會相應減少，同時膨脹比也會減小，從而直接導致熱負荷的上升。總結來看，汽油機所應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汽油機增壓易產生爆燃現象，降低熱效率;②負荷過大問題，汽油機在增壓后產生的熱負荷普遍偏高;③汽油機與增壓裝置的不適配問題，由于汽油機的轉速范圍相較于柴油機更寬，在增壓系統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 相應措施

為了有效預防爆燃，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。設計更加科學合理的燃燒室，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，適當向其添加醇類物質，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。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 ?結束語

在對內燃機的增壓原理和結構進行相關的研究之后，筆者認為內燃機在工作時應采用機械增壓，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燃機的功率。機械增壓器受本身結構的約束，存在著能量泄露和氣流脈動等不足的問題，需要對整個內燃機尾氣口和內部結構進行相關的改造，這樣能夠提升整體的性能。

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