毕业论文设计讲解关于绅宝D70废气涡轮增压器的结构与检修.docx

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1、毕 业 设 计 （ 论 文 ）中文题目：关于绅宝 D70废气涡轮增压器的结构与检修学习中心（函授站）：北汽干校专业： 机械工程及自动化姓名：张振兴学号：14703824指导教师：乔东明北京交通大学远程与继续教育学院2018 年 11 月毕业设计 (论文 )承诺书与版权使用授权书本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本毕业论文是本人在读期间所完成

2、的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。论文作者签名：张 振 兴2016年 3月 15日指导教师签名：乔 东 明2016年 3月 15 日北京交通大学毕业设计 ( 论文 ) 成绩评议年级2014 级层次专升本专业机械自动化姓名张振兴题目关于绅宝 D70废气涡轮增压器的结构与检修指导教师评阅意见成绩评定：指导教师：年月日答辩小组意见答辩小组负责人：年月日北京交通大学毕业设计 ( 论文 ) 任务书本任务书下达给：2014级机 械 自 动 化专业学生

3、张 振 兴设计（论文）题目：关于绅宝D70废气涡轮增压器的结构与检修一、毕业设计（论文）基本内容在市场竞争和环境排放的影响下，北汽控股公司 2009 年成功收购 SAAB 公司的两款整车和增压发动机技术，从此开始自主研发基于SAAB 品牌的绅宝系列轿车。通过对萨博技术的深入研究，不断对绅宝D70 汽车的增压系统进行改进调整，使北汽首款自主品牌 B 级轿车绅宝 D70 在动力性及排放、噪声等方面取得优异的成绩，真正实现陆地飞行。二、基本要求1. 对搜集的关于增压技术及绅宝 D70 增压器方面已有的文献进行系统的仔细阅读和认真研究。2. 注重学术规范，论文字数要求 12000 字以上。3. 从绅宝

4、 D70 增压系统的结构与原理，对废气涡轮增压系统存在的问题进行分析，如：增压器脱离介入时异响等问题。4. 提出相应的有效增压器改进方案，如：增压器设计安装稳压腔，消除异响。5. 对绅宝 D70 增压系统改进后，绅宝 D70汽车排放、异响等方面进行分析。6. 论文观点明确，思路清晰，资料丰富，结构严谨。三、重点研究的问题1. 绅宝 D70汽车废弃涡轮增压的结构与检修的目的及意义。2. 增压技术的现状及存在问题。3. 深入分析研究，提出相关建议。4. 理论联系实际，建议应具有一定的针对性和可操作性。四、主要技术指标1. 通过废气涡轮增压系统，使绅宝 D70汽车升功率高达 80.3Kw。2. 通过

5、废气涡轮增压系统， 使绅宝 D70汽车能达到最大功率 184KW、最大扭矩 350Nm。3. 绅宝 D70汽车在百公里加速达到了8.2 秒。4. 改善废气涡轮增压系统。五、其他要说明的问题1、进度计划：2016 年 1 月 10 日前按照导师下达的任务书，做开题报告。2016 年 2 月 20 日前毕业设计中期检查。2016 年 3 月 15 日前在指导教师的指导下按进度完成论文。2016 年 3 月 20 日前毕业设计（论文）合格后按照规范要求，将论文打印成文。2、达到要求：严格按毕业设计指南规定的要求完成论文。3、参考文献：（1）参考文献应是对毕业论文有参考价值且真正阅读过的文献。（2）参

6、考文献应具有权威性，要注意引用最新的文献。（3）引用他人的学术观点或学术成果，必须列在参考文献中。（4）参考文献在整篇论文中按出现次序列出。（5）参考文献的数量一般应有7-10 篇，其中期刊文献占50%以上，且以近期发表的期刊类文献为主，图书类文献不能过多。（6）参考文献的书写顺序参考文献中论文的顺序为：序号，作者，论文名，杂志或会议名，卷号，期号或会议地点，年。下达任务日期： 2015 年 12 月 8 日要求完成日期： 2016 年 1 月 10 日指导教师：乔东明开 题 报 告题目： 关于绅宝 D70废气涡轮增压器的结构与检修学生姓名：张 振 兴学号：147038242016年 1 月

7、10日一、文献综述为了有效的提高内燃机的平均有效压力，大幅度的提高发动机的有效功率和燃油经济性，增压技术被誉为内燃机发展史上的第二个里程碑。经过几十年的不断发展，特别是 90 年代以来，由于电控、材料和制造技术等科学技术的迅速发展，许多相关学科领域的成果被大量用于增压技术领域，从而使车用发动机增压技术得到快速发展和广泛应用。在市场竞争和环境排放法规的双重压力之下，面对用户对发动机在动力性、经济性和废气排放及噪声等方面所提出的更高要求，促使发动机和零部件生产厂商研制开发具有更高压比和效率的增压器，现今应用在汽车的增压系统，一般分为机械增压（ Supercharger ）和涡轮增压（ Turboc

8、harger ）两种，两种增压方式各自有其优缺点。机械增压的使用历史比涡轮增压更为悠久，最早的机械增压系统出现在二十世纪二十年代的格兰披治（ Grand Prix ）赛车上，并在随后的日子里因为其对引擎动力输出的帮助，所以得到了较为广泛的应用，机械增压相对于涡轮增压技术的优势在于完全解决了油门响应滞后，动力随转速线性输出，在当时的引擎技术不高的历史环境下，机械增压系统确实让当时的动力输出得到了提升，不过这种增压方式最大的缺点便是高转速时增压力不足和动力衰减较快，而且机械增压对于噪声和引擎运转的平稳度很难控制。至于涡轮增压系统出现的年份较晚，最早装备废气涡轮增压系统的车型是雪佛兰（ Chevro

9、let）的 Corvair ，涡轮增压系统是一种可以有效提高引擎效率及燃烧效率的辅助进气系统，涡轮扇叶由引擎排出的废气推动，以帮助提高进气量和彻底改变空气通过真空吸力进入气缸的传统。不过涡轮增压也有其缺点，就是低转速时，也就是仍未达到涡轮增压器工作状态前，其对进气流是一个很大的阻碍，导致引擎在起步阶段的扭力输出较弱。对涡轮增压的工作原理及构造进行研究，并对两种增压有机的整合，取其精华、去其糟粕，为了提高车用增压发动机的低速性能和加速响应特性，发展各种形式的复合式增压（ TSI 、双涡轮增压器等）成为了提高发动机动力性、经济性和降低废气排放、噪声的最有效措施之一。由于越来越多的汽车采用涡轮增压技

10、术，所以涡轮增压技术也在不断的发展与进步。如：利用电动增压器可以瞬间增大进入气缸内的空气量，同时增大废气涡轮增压器的角加速度，提高动态响应，改善低速性能；研发具有较高实用价值的新型风旋增压器，它可以随着转速的提高，为发动机提供较高的增压压力，并且不会影响冷却风扇的性能，从而满足发动机需求。2009年北汽控股公司收购萨博9-5 、9-3等整车平台和涡轮增压发动机技术，自主研发首款自主品牌轿车绅宝 D70 搭载 2.3T 发动机。绅宝 D70 除了动力强劲外，更是一改涡轮增压车型常见的“起步迟滞、加速顿挫”等问题，凭借独有的 EMS发动机管理系统，发动机转速 1200 转时，涡轮可提前介入，相比同

11、类发动机的 1700 转，在起步速度上有明显的优势。此外，该发动机还实现了 1900 转到 5000 转峰值扭矩的线性输出，保证中后段超凡的加速能力，这是其在高速路段如鱼得水，“贴地飞行”的推背快感延绵不断。在数据上，绅宝 D70 汽车 2.3T 发动机也超越了连续 14 年获得全球十佳发动机的日产 VQ35。其最大功率 184KW、最大扭矩 350Nm、升功率高达 80.3Kw 的强劲动力让绅宝 D70 在百公里加速测试中跑出了 8.2 秒的成绩，已达到了宝马 3、奥迪 A4 的水平，而 B 级车的成绩普遍则在 9 秒左右。因此绅宝 D70 也被国内媒体称之为“ 20 万以内最快的车”。而在

12、耗油方面，却仅仅停留在其他品牌 2.0T 发动机的主流水平上，可谓是在动力和节能方面做到了完美的平衡。虽然绅宝 D70 汽车是基于比较成熟的瑞典萨博技术，但是由于国内汽车市场日益激烈的竞争和汽车排放、噪声等方面的严格要求，这套增压系统还有很大的改进空间，在对此款增压系统的结构与原理的研究的同时，对增压系统进行适当调整与改善，使绅宝 D70 轿车在国产 B 级轿车内具有较强的竞争力。如：在废气涡轮增压器废气阀上设计安装稳压腔，解决废气涡轮增压器在脱离介入临界点时，废气阀打开、关闭过于频繁，而造成的废气阀磨损严重及增压器异响等问题。二、选题的目的和意义由于国内环境保护的压力，在减少排放的同时，追求

13、动力充足，越来越多的汽车采用涡轮增压技术。当代中国汽车市场迅速成长，而且汽车发动机电子技术、涡轮增压技术的迅猛发展，将引领汽车行业新的发展。为了满足国内消费者追求大空间、强动力、小排放的消费需求，越来越多的汽车厂家将小排量发动机与涡轮增压系统结合，这样不仅保证足够的动力性，而且能降低排放，实现较好的经济性。绅宝D70 轿车要想赢得更多的消费者，也必然要进行这样的尝试。为了使绅宝汽车的增压系统更加完善，不断地了解、学习、改进此套增压系统是必然的选择。通过对绅宝 D70 废气涡轮增压器结构原理的研究，更加深入的了解涡轮增加器。涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，使汽

14、车动力性更好。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样就意味着同样一台发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿最熟悉的 1.8T 涡轮增压发动机来说， 经过增压之后， 动力可达到 2.4L 发动机水平， 但是耗油量却比 1.8 发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。了解和熟悉绅宝 D70 发动机废气涡轮增压器结构与原理及简单故障检修，便于提高增压器工作效率及完善绅宝D70 涡轮增压系统，为绅宝汽车这一自主品牌，能在竞争日益激烈汽车行业立于不败之地打下坚实基础。三、研究方案研究方法1、收集有关绅宝D70 废气涡

15、轮增压参考资料及绅宝D70 汽车相关数据。2、用 CAD 画出原理结构图及装配图。3、绅宝 D70 汽车 2.3T 发动机增压器简单故障分析。研究内容废气涡轮增压系统是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使增压完气体通过进气导管进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力与密度增大可以燃烧更多燃料，相应增加燃油喷油量就可以增加发动机的输出功率。通过废气涡轮增压器的结构与装配图，熟悉增压器各部分结构与作用，进行绅宝 D70 发动机废气涡轮增压器简单故障的检修与改进，使此增压

16、系统更适合国内各方面要求。使搭载此发动机的绅宝 D70 汽车更加卓越。四、进度计划2015 年 12 月 6 日-2016 年 1 月 10 日，按照导师下达的任务书，做开题报告。2016 年 1 月 11 日-2016 年 1 月 31 日，分析题目，查阅资料，学习与毕业设计相关的知识，做好前期准备工作。划分系统各功能组成，进行方案论证，搭建系统。2016 年 2 月 1 日-2016 年 2 月 10 日，设计总体结构方案，完成中期报告。2016 年 2 月 11 日-2016 年 2 月 28 日，论文编写与系统调试。2016 年 3 月 1 日-2016 年 3 月 20 日，调试系统

17、撰写毕业论文，准备答辩材料。五、指导教师意见按照此设计计划进行。指导教师：乔东明2016 年 1 月 10 日中 期 报 告题目：学生姓名：张 振 兴学号：14703824一、进展情况已经完成了对绅宝 D70 涡轮增压系统所需参考资料的查找工作，包括书籍、文献、报纸、期刊，阅读了有关资料和报告，现在需要进一步按照框架的层次把论文内容补充完，预计可以按日期完成论文。二、指导教师意见指导教师：乔东明2016 年 2 月 10 日结 题 验 收一、完成日期二、完成质量三、存在问题四、结论指导教师：乔东明2016 年月日北京交通大学毕业设计（论文）中文摘要中文摘要摘要：增压就是将进入气缸前的新鲜空气

18、预先进行压缩，然后再以高密度送入气缸。涡轮在排气歧管中安装一个涡轮增压器，利用废气推动涡轮将空气压缩送入进气系统，涡轮增压器可增大发动机扭矩，从而提高发动机功率，降低燃油消耗。增压器最初主要应用于柴油发动机，但是随着增压技术不断发展与环境保护压力的不断增大，越来越多的汽油发动机也安装了涡轮增压器。Turbo，即涡轮增压，简称 T，最早时候由瑞典的萨博 （SAAB ）汽车公司应用于汽车领域。 而现在越来越多的汽车应用了涡轮增压技术。绅宝 D70 汽车搭载的是基于萨博技术自主研发的2.3T 发动机，该套涡轮增压系统继承了萨博的北欧血统，并且有所发展。熟悉该涡轮增压系统的结构与原理，按照国内的环境及

19、噪声要求，对此增压系统进行改善、调整，使其更加符合国内各种标准，更加满足消费者日益严格的要求，使绅宝D70 轿车在日益激烈的市场竞争中利于不败之地。绅宝 D70 汽车不仅具有强劲的动力，使驾驶者体会延绵不断的推背感，而且解决了“起步迟滞、加速顿挫”等涡轮增压车型常见的问题。相比同类发动机的1700转涡轮介入，绅宝 D70 发动机转速1200 转时，涡轮就可以提前介入，在起步速度上有明显的优势。此外，该发动机还实现了1900 转到 5000 转峰值扭矩的线性输出，保证中后段超凡的加速能力，使绅宝D70 汽车在中高速时同样具有强劲的动力。关键词： 涡轮增压；气缸内燃烧；故障检修i北京交通大学毕业设

20、计（论文）ABSTRACTABSTRACTTitle:The structure and maintenance of the Saab D70 exhaust turbochargerABSTRACT:Supercharging is will go into the fresh air is compressed in advance before the cylinder, and then to high density into the cylinder. Install a turbocharger turbine in the exhaust manifold, using wa

21、ste gas turbine air compressor into the air intake system, the turbocharger can increase the engine torque, thus improve the engine power, reduce fuel consumption.Turbocharger initially was applied to diesel engines, but as the pressurization technology development and environmental protection press

22、ure increasing, more and more gasoline engine turbocharger is installed. Turbo, the Turbo, or T, the first time by the Swedish SAAB (SAAB) motors used in automobile industry. Now more and more car application turbo technology.Saab D70 car carrying the saab technology is based on independent research

23、 and development of 2.3 T engine, the set of turbocharging system inherits the saab of northern European descent, and some development. Familiar with the structure and principle of the turbocharging system, in accordance with requirements of the domestic environment and noise, the supercharging syst

24、em toimprove, adjust and make it more in line with the domestic various standards, more meet the requirements of consumers increasingly strict, make the saab D70 sedan in the increasingly fierce market competition invincible position.Saab D70 car not only has a strong power, make the drivers realize

25、 continuous TuiBei feeling,and solve the sluggish start, stall speed turbocharged models such as common problem. Compared with the same engine 1700 turn turbine intervention, saab D70 engine speed 1200 RPM, the turbine can early intervention, on the initial velocity have obvious advantages. In addit

26、ion, theengine also implements the 1900 to 5000 turn peak torque of linear output, after the guarantee period of the acceleration of extraordinary ability, make the saab D70 also has a strong power when the car in high speed.KEYWORDS ：Turbocharging；Air cylinder internal combustion ； Corrective maint

27、enanceii北京交通大学毕业设计（论文）目录目录中文摘要.iABSTRACT .ii1绪论.11.1选题的发展背景 .11.2选题的目的与意义 .21.3选题的国内外研究现状 .21.3.1选题的国内研究现状 .21.3.2选题的国外研究现状 .31.3.3小结 .31.4研究内容 .41.5研究思路与论文结构 .421 级标题 .62.12 级标题 .62.1.13 级标题 .731 级标题 .103.12 级标题 .103.1.13 级标题 .1141 级标题 .124.12 级标题 .124.1.13 级标题 .125结论.14参考文献.16附录 A附录标题 .17iii北京交通大学

28、毕业设计（论文）绪论1 绪论发动机的增压是利用专门的增压器将空气或者可燃混合气预先进行压缩，再送入发动机气缸，用以提高充气密度、增加进气量、提高平均有效压力，从而达到提高功率和降低油耗的目的。实践证明，增压是提高发动机功率的最有效的方法。此外，增压还可以降低燃油消耗、提高发动机扭矩、减少有害排放和降低燃烧噪声等。而绅宝D70 汽车的 2.3T 废气涡轮增压器实际上是一种利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大

29、可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率，使汽车具有强劲动力。1.1选题背景1905 年，苏尔寿兄弟研发公司发明了世界上第一台涡轮增压器，为此后高性能发动机的产生提供了良好的解决方案。早期的涡轮增压器主要应用在航空领域。到 20 世纪 30 年代，由于在赛车上的应用，涡轮增压发动机已经变得广为人知。随后涡轮增压器逐渐扩展到量产车领域，先是卡车，然后是轿车。在涡轮增压器长达一个世纪的开拓和发展方面，盖瑞特（ Garrett）公司起到了至关重要的作用。1953 年，盖瑞特公司研发了T02 涡轮增压器，并取得巨大成功。1954 年，盖瑞特成立空研工业部，专

30、门从事涡轮增压器的设计与制造。1961 年，又在汽车界首次尝试将涡轮增压器应用到轿车上。在随后的发展中，盖瑞特逐渐演变成世界上最著名的涡轮增压器厂商。1999 年，盖瑞特并入霍尼韦尔 （Honeywell ）公司，但增压器产品仍沿用盖瑞特商标。而对于一般用户而言，买台“带 T 的”涡轮增压车型的第一个反应就是：比普通车的自然吸气引擎车动力强劲了不少！的确，涡轮增压引擎得益于它与众不同的工作原理，使其拥有优异的升功率表现，相对于同功率的自然吸气车，在相同的动力输出数据和非极端使用条件下，油耗方面的未必会比自然吸气车差。而且，其最大的优点就是升级、改装的便利性和原厂就具备的性能提升潜力也非自然吸气

31、发动机可以媲美。绅宝D70 汽车是北汽控股公司在 2009 年收购瑞典萨博技术而自主研发的首款 B 级轿车。它不仅继承了萨博的增压技术而且进行不断改善，使其更加满足消费者的需求。1北京交通大学毕业设计（论文）绪论1.2选题的目的与意义废气涡轮增压系统，在发动机不需要重大变化的情况下，使功率上升20% 50%，高增压超过 100%；并且能回收一部分废气能量，使发动机的经济性提高3% 4%；废气涡轮增压系统可以增大转矩，提高汽车装载质量，使汽车在高原地区，可恢复发动机功率；减少排气噪声，对环境保护有重要意义。废气涡轮增压系统具有良好的全工况性能。主要是有利于改善低工况性能，提高排气能量利用率，使气

32、缸扫气顺利，降低有害气体排放。而绅宝D70 轿车要在日益激烈的市场竞争中立于不败之地，也必然要采用这种废气涡轮增压技术。通过不断地了解、学习、改进绅宝 D70 汽车的废气涡轮增压系统，使绅宝汽车的增压系统更加完善，更加满足消费者严格的要求。1.3国内外研究现状1.3.1国内研究现状从涡轮增压器气动设计的角度来看， 已经经历了 3 个阶段：20 世纪 50 年代采用的一维设计方法，简单认为流场参数只在轴向方向发生变化； 20 世纪 6070 年代采用的二维设计方法，认为流场具有轴对称的特点；基于我国著名科学家吴仲华先生创立的 S1、S2两类相对流面理论为准三维设计方法奠定了理论基础。从一维、二维

33、到准三维气动设计体系的共同特点是不能计及旋涡分离流动等的影响，只能通过引入经验修正因子加以考虑。在日新月异的计算机技术的强力推动下，计算流体力学获得了突飞猛进的发展。目前采用准二维设计方法设计离心式压气机与径流涡轮已经很普遍。因全于元流方法可以更准确、更全面地描述叶轮内部流场，利于它对各种损失模型与叶轮内部流场的的深入研究已经取得很大成绩，现已成为涡轮增压器叶轮设计的基本方法。我国近年也开始进行空气动力学计算、只元流场分析、叶轮及叶型设计、强度分析及性能预测等等。就设计方法而言，下一步的发展一是取决于理论上的突破，二是计算机技术的发展。我国的增压器工业的设计与制造技术正处在“发展中”状态，而西

34、方国家已经达到了“发达”状态。如今涡轮增压器的结构已经相当紧凑、合理、完善，材料性能的提高对涡轮增压器性能、成本的贡献是相当大的。可喜的是近年来高新技术材料应用研究进展很快，对增压器的发展起着非常重要的作用。TiAl合金作为一种新型的高温材料，密度小（约3.73.9g/cm2，只有镍基高温合金 7.813.3g/cm2 的二分之一左右）、高温强度及抗氧化性好，具有高的比强度和比弹性模量，高温时仍可保持足够高的强度和刚度，用于涡轮增2北京交通大学毕业设计（论文）绪论压器可以大幅度降低其转动惯量，提高其瞬态响应性。在生产工艺中，采用高频感应快速熔化浇铸工艺铸造叶轮已经成功，采用粉末冶金成型方法也已制成涡轮毛坯，另外值得重视对的是，压气机进气端与滤清器结合采用静电滤清、进气预旋等措施提高滤清效果与拓宽压气机流量范围。总的说来，经过几十年的发展，涡轮增压器的产品基本结构趋于一致，但小型化与运用新技术优化结构却方兴未艾。社会的不断发展对发动机提出了越来越高的要求，其必然对涡轮增压技术的发展也带来严峻的考验。1.3.2国外研究现状国外在 20