小排量增压汽油机的设计构想

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1、EquipmentManufactringTechnologyNo.9，2010小排量增压汽油机的设计构想钟成（柳州五菱柳机动力有限公司，广西柳州545005）摘要：从分析现有的增压技术出发，介绍了小排量增压汽油机的设计构想；使用GTPOWER对进行热力学计算来确定汽油机的基本特性，通过分析市场上优秀发动机的结构与有限元相结合，来设计小排量增加压汽油机；采用增压技术，减少泵气损失和机械磨擦损失，实现小排量化，让汽油机达到高的比扭矩水平，与自燃吸气发动机相比，燃油经济性非常明显。关键词：汽油机；设计；涡轮增压技术；中冷器中图分类号：TK41文献标识码

2、：B文章编号：1672-545X（2010）09-0134-03相对于柴油机而言，汽油机在小排量，尤其是微型车发动2.1热力学计算机领域，有其独特的应用优势及地位，通过引入涡轮增压器，首先用GTPOWER软件，对汽油机进行一维的热力学计汽车制造商可以提供较小排量的汽油机。与现有的同类产品算，构建如图1的GTPOWER一维模型，在对设计的新汽油相比，这种发动机的性能持平或更高，而油耗量较低；加上车机进行热力学计算时，可先对标竿机（benchmark）测试，获得辆净质量的减轻，可减少汽车的碳排放量。根据对欧洲200种如各转速下的摩擦功、扭矩等参数，并输

3、入当前设计模型中；汽油车的调查，相同功率的发动机，增压发动机的排量可以比再根据目标车型的具体情况与项目要求，修改如进、排气歧管自然吸气式的排量减小18%～35%，燃油经济性可以提高的大小、长短、缸径、冲程等新设计汽油机的参数，用10%左右。GTPOWER对设计目标参数进行预测（如图2）。1汽油机增压的种类（1）机械增压系统。这个装置安装在汽油机上并由皮带与汽油机曲轴相连接，从汽油机输出轴获得动力，来驱动增压器的转子旋转。其优点是涡轮转速和汽油机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。（2）气波增压系统。利用

4、高压废气的脉冲气波，迫使空气压缩。这种系统增压性能、加速性好，但是整个装置比较笨重，图1汽油机GT_Power热力学计算模型不太适合安装在体积较小的微型汽车上。（3）废气涡轮增压系统。利用汽油机排出的废气惯性冲15070140力，来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，压送由60130空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当汽油机转50120)速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更m·11040）w(Nk多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大，可以燃烧更多的eu10030r（eraowoT90P燃料，相应增加燃料量，就可以

5、增加汽油机的输出功率。一般2080而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩，要增大107020%～30%。60001000200030004000500060007000EngineSpeed（rpm）2结构设计图2性能图根据项目要求，首先确定汽油机的各项参数，如缸数、缸根据计算结果，对下列参数进行优化：心距、缸径、冲程、连杆长度以及运行方式、点火系统、增压系（1）配气相位；统等。根据这些要求，进行汽油机零部件的设计工作。（2）进排气升程曲线；收稿日期：2010-06-20作者简介：钟成（1975—），男，广东翁源人，工程师，英国桑德兰大学工商

6、管理学硕士，现任五菱柳机研发中心主任，主要从事技术管理工作。134《装备制造技术》2010年第9期（3）进排气系统尺寸（进排气管和进排气道直径、长度、为加速暖机，以达到降低尾气排放和摩擦损失的目的，对体积）；于缸体采用浅水套设计；当前浅水套已经成为缸体设计的主（4）涡轮增压器特性；流（如图5）。（5）气道流量特性的影响；160150（6）进排气系统的压力损失。1402.2功能系统设计130（1）缸体系。考滤到微型车的结构与使用环境，缸体的基120本构造，采用长裙型加冲压油底壳的传统设计方式。当前很多）m110m微型及普及型小型汽油机，都采用此方式，

7、具有相当的可靠（100深性。为了有利于轻量设计和提高与变速箱的结合部刚度，缸体套90水的裙部采用龙门式；增压汽油机为了抑制活塞温度的上升过80铝缸体灰铁缸体大，必须在缸体上设计机油冷却喷嘴。70A公司缸体B公司缸体60本设计选择合理的冲程与缸径比（S/B），有利于提高汽油机的稳指数（灰铁缸体）50指数（铝缸体）定性和可靠性。从纯技术角度来看，存在性能、燃烧效率、净质40量等方面都均衡的好，最合适的是S/B≒1.05～1.15；但从同一5060708090100110冲程（mm）缸径的设计合理性和紧凑性的设计方法来看，性能、燃烧效图5水套深度分布率、

8、净质量上不一定是最合适的，但是从优先生产合理性角度高速转动的涡轮增压器的轴承，必须高进行强制润滑，为考虑，将S/B比设定在