大众 EA111 1.4TSI发动机增压的技术问题及其解决方案

黄谋禄

摘 要：从基本原理方面来说，汽油机增加和柴油机较为相似，但是从技术方面而言要大大的难于柴油机。这是因为汽油机增压之后爆震倾向提高，热负荷增多，同时增压系统更加复杂。以前除开高强化汽油机的赛车以及高原行驶车辆之外，普通的汽油机很少应用。上世纪七十年代开始，全球很多国家尤其是发达国家，城市噪音污染日益严重，加之石油危机的出现，迫使汽油机增压技术必须更快的向前发展。本文主要讲述了增压问题及其解决方案。着重论述了存在的关键性技术问题：排温过高、爆燃、热负荷等。

关键词：涡轮增压；爆燃；热负荷；增压中冷

1 汽油发动机增压技术的难点

1.1 爆燃倾向增大

爆燃是气缸内未燃部分混合气在火焰前锋到来之前自行燃烧，在气缸内形成无方向的爆炸燃烧。由于爆燃出现后，缸内压力曲线产生高强度的波动，另外发动机会出现一种高频金属敲击声，故又称为敲缸或爆震。增压让压缩终了混合气的温度与压力逐渐增加，造成爆燃倾向提升。汽油机因为受到爆燃限制，压缩比减少，所以导致燃烧膨胀度不足，造成排气温度提升。

1.2 热负荷加重

汽油机混合气浓度范围较窄，燃烧过程中过量空气不多，导致单位数量混合气的发热量提升，同时由于汽油机无法借助于提高扫气来让零件冷却，所以让汽油机增压之后的热负荷有所提升。

1.3 混合气的控制

汽油机一般为变量调节，化油器式发动机在增压过程中，气体通过化油器喉口的压力处于变化状态，不但无法非常准确的供应某种浓度的混合气，同时还提供了类似于增压方案选择、化油器密封以及加速响应性能等一些问题。电控汽油喷射技术的应用，为增压技术在汽油机中的应用扫除了一大障碍。

1.4 汽油机与增压器匹配困难

和柴油机比起来，汽油机转速范围更宽，从低速到高速混合气质量明显变化。节气门打开后，增压器会在一定程度上滞后；增压后发动机排气温度提升，非常容易导致增压器损坏；可能存在低速状态下增压压力不够，高速状态下压力增加且寿命不足的问题。

2 汽油机增压爆燃的技术措施

2.1 降低压缩比

降低压缩比能够减少压缩中了混合气温度 Ta，对爆燃现象予以有效控制，是增压之后处理爆燃问题的一种惯用手段。实践说明，当辛烷值 90的汽油在使用过程中，汽油机压缩比会从 8.6下降到 7.0，废气涡轮增压之后的最大功率 Pemax会提高 60%，通常情况下提高 50%左右。另外，能够在缸体一侧设置保证传感器来对发动机爆震情况予以监测，借助于 ECU合理的结合爆燃强度对点火定时进行调整，让发动机点火保持在最佳工作状态。

2.2 增压中冷

汽油机增压之后增压器出口温度 Tk自然吸气式的相比大大增加。增压中冷便是在增压器出口和进气管之间设置中间冷却器，对进入汽缸之内的空气予以冷却，能够在很大程度上减小压气机后气体温度，提高混合气浓度，这也是废气涡轮增压未来的发展方向之一。应用增压中冷技术能够让汽油机在高速运转的状况下获得更好的经济性与功率输出，减小热负荷，提高零部件的寿命。发动机中冷技术的主要类型按照选择的冷却介质差异性一般分为两种类型，其一是依靠发动机循环冷却水对中冷器实施冷却，即是水——空中冷系统，其二是依靠外部空气冷却，即是空——空中冷系统。该系统性能稳定，系统相对简单，热传导效率较大，汽车发动机基本上都是空气冷却式中冷器。

2.3 其他措施

如采用高辛烷值的汽油，提高发动机的抗爆性；减小点火提前角；采用双火花塞点火及向汽缸喷水等都可以降低汽油机在增压后发生爆燃的倾向。

3 汽油机增压热负荷高的技术措施

采用排气放气阀控制增压压力的方案可简单有效地限制热负荷，在有些发动机上，排气旁通阀开合主要是通过电磁阀予以操作。电控系统按照发动机的实际状况，由预存增压压力脉谱图来计算出目标增压压力，同时和增压压力传感器侦测到的增压压力实施比较分析，再结合实际差值来调整控制阀的开启时间，以此来变更排气旁通阀的开合度，对排气旁通量予以有效控制，更加准确的对增压压力进行修订调整以限制发动机的热负荷。其次，电控废气再循环、增压中冷技术对降低热负荷也能够发挥出较大的作用。

4 汽油机与增压器匹配的技术措施

汽油机要与增压器良好匹配需要解决几个问题：

4.1 需要对增压压力进行控制

车用汽油机一般来说转速范围都相对较宽，发动机进气质量流量变化范围相对较宽，所以增压器必须要能够具备一定的流量范围，从而满足车用汽油机的这一特性要求。车用汽油机增压应当在部分满足以及部分转速状况较好及动态响应特性，需要汽油机在匹配涡轮增压器的过程中，基本匹配点应当选择部分工况，但是这可能造成额定工况状态下的增压压力提升。所以要让车用汽油机在涡轮增压之后可以在普通转速范围之内维持稳定的转矩储备，防止效率压缩造成重启温度提升，同时又可以让它在额定增压压力之下不会因为压力太高而导致爆燃，所以必须对压力实施有效控制。如采用进气减压阀和排气放气阀、变截面涡轮、双涡轮增压器等。

4.2 涡轮增压器响应之后的对策

非增压汽油机的加速性较好，增压后，当节气门位置突然变化时，要求混合气浓度迅速变化，但增压器供气往往跟不上，从而增压汽油机的“反应滞后”现象比增压柴油机更为严重。一般可采用脉冲涡轮增压、增压器前置方案；带旁通阀的控制系统，减小进排气管长度及容积、提高压缩比及可变点火正时等措施，来减少“反应滞后”现象。

5 废气涡轮增压型汽车的使用和维护

5.1 小油门启动，升温加速，怠速后熄火

因为涡轮增压器处在发动机顶部位置，机油通过冷却器以及滤清器后，才可以抵达涡轮增压器。机油从冷却器到增压器可以说会消耗较长的过程。为保证增压器全浮动轴承润滑，当发动机启动之后必须要保持怠速运行 5分钟左右，确保机油上升到某一温度与压力，之后再进行负荷运转。当发动机工作完成后需要慢慢的降低负荷，怠速运转几分钟后熄火，确保全浮动轴承内的机油慢慢流出，防止轴承出现冲击。若突然关死油门会因为惯性的作用，增压涡轮依旧进行高速运转，另外涡壳以及涡轮轴温度提高到千度左右，这一状态下油泵由于发动机停止而不进行作业，涡轮增压器在缺乏充足机油润滑的状态下进行高速运转，同时增压器高温部分热量逐渐朝着低温部分转移，让轴承的温度也开始逐渐提高，轴承位置的机油会由于温度上升而逐渐老化甚至烧焦， O型密封换破损或轴承咬死的情况容易出现，涡轮增压器的寿命会因此而大大减少。所以，涡轮增压发动机在高负荷运转之后，熄火前应当保持怠速 5分钟左右，确保机油把增压零件剩余的热量分散，等待机体温度降低之后再进行熄火操作。若涡轮增压发动机处于高负荷运转之下由于其他因素被熄灭，需要对发动机进行重启，避免热量长时间聚集而导致增压轴承咬死的情况出现。同时，涡轮增压发动机应当避免在启动以及熄火之前出现轰油门的情况，怠速运转也应当尽可能在 10分钟之内。

5.2 做好增压器预润滑

针对使用新增压器、更换增压器或者增压器拆卸之后长期处于停机状态又重新启用的废气涡轮增压型发动机来说，需要打开增压器上的进油管接头，向油管中倒入 50ml左右的干将机油，之后拧紧油管接头同时手动转动叶轮轴，让各轴承表面受到良好的润滑，避免启动之后由于油管中存在空气，造成润滑不良而让增压器轴承损坏。针对配置有废气涡轮增压器的车辆来说，在更换机油滤芯或者增压器进行清洗、停机 7d以上的情况下，都应当避免直接启动发动机，其目的在于打开限压阀，对增压器转速予以有效控制，在不踩加速踏板的状态之下启动开关并将其调整到启动档位，发动机启动之后第一时间把进油管接头拧松，等待机油溢出之后怠速转动几分钟即可进行加速。

5.3 确保排气管通道通畅

确保空气滤清器以及进气管道保持通常，这样才不会对实际增压效果带来更多影响。若废气涡轮增压型发动机进气系统存在漏气的情况，会导致怠速不稳以及加速不良等现象的存在。进气系统可能产生漏气的地方包括：①空气滤清器到增压器进气口中的接头位置。这一区域漏气会导致汽缸较快磨损，降低增压器的使用寿命；②增压器到进气管之间连接胶管，这一问题漏气会造成进气压力降低，导致发动机动力不够；③增压器进气口位置和排气接口位置，能够选择浇水的措施来检查是否存在漏气的情况。若排气管出现堵塞的情况，增压器可能产生过热的问题。

5.4 密封胶使用必须合理

废气涡轮增压型发动机主油道的工艺孔堵头上禁止涂抹密封胶，若在这一位置中的密封胶过多，等待密封胶凝固完成之后，不通过机油滤清器便进入机油道，可能会造成活塞机油冷却喷嘴出现堵塞的问题。同时进行装配的过程中，增压器双头螺栓增压器端需要涂抹高温防粘剂。排气管一头需要涂抹 GY-255密封胶。

5.5 对涡轮增压器进行清洗

如果更换增压器，通常还需要对机油及其滤芯进行更换，需要时还应当对发动机的机油油道予以清洗。一般我们选择的清洗方法为：将发动机中的机油倒出，加入体积比为 7：3的机油和煤油混合油并启动，保持低速状态运转 5分钟左右，之后放出清洗液，对增压器实施预润滑。

6 结论

电控技术以及电控汽油喷射技术的联合应用，借助于新型材料的小型陶瓷转子涡轮，科学的匹配汽油机和增压器，能够让汽油机涡轮增压技术迅速发展普及，使汽油机动力性得到很大的提高，涡轮增压汽油机已成为汽油机发展的趋势。

参考文献：

[1]卡岩 .汽车用涡轮增压器现状和‘九五发展调想，世界汽车.1994（6）.

[2]顾兆林、郁永章 .新型车用废气涡旋增压器的设计研究 .车用发动机.1995（5）.

[3] 陈培陵 .汽车发动机原理 .北京：人民交通出版社，1999.

[4] 陈家瑞 .汽车构造 .北京：人民交通出版社， 1994.