汽车发动机增压技术

第七章第七章 汽车发动机增压汽车发动机增压第一节第一节 概概 述述增压定义：增压定义：将空气预先压缩然后再供入气缸，以将空气预先压缩然后再供入气缸，以期提高空气密度、增加进气量的一项技术。期提高空气密度、增加进气量的一项技术。增压作用：增压作用：进气量增加，可相应地增加循环供油进气量增加，可相应地增加循环供油量，增加发动机功率。同时，增压还可以改善燃量，增加发动机功率。同时，增压还可以改善燃油经济性。油经济性。涡轮增压器涡轮增压器机械增压器机械增压器气波增压器气波增压器涡轮增压涡轮增压机械增压机械增压 气波增压气波增压三种基本类型三种基本类型三种增压器三种增压器596压气机涡轮机在3中发动机排出的废气直接与空气接触，利用排气压力波使空气受到压缩以提高进气压力。这种增压器只能在低速范围内使用，多用于柴油机上，因柴油机最高转速比较低。一、机械增压器：一、机械增压器：动力动力：由发动机曲轴：由发动机曲轴1经齿轮增速器经齿轮增速器5驱动（图驱动（图a），或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带），或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带9及电及电磁离合器磁离合器6驱动。驱动。优点优点：能有效提高发动机功率，与涡轮增压相比：能有效提高发动机功率，与涡轮增压相比，其低速增压效果更好。其变工况的瞬态响应性，其低速增压效果更好。其变工况的瞬态响应性好，加速性好，尤其是低速时加速性好。好，加速性好，尤其是低速时加速性好。缺点缺点：燃油经济性较差。燃油经济性较差。应用应用：一般适用于小型汽油机或与涡轮增压器复：一般适用于小型汽油机或与涡轮增压器复合使用。合使用。二、涡轮增压器二、涡轮增压器组成组成：由涡轮机和压气机构成。：由涡轮机和压气机构成。工作原理工作原理：将发动机发出的废气引入涡轮机，：将发动机发出的废气引入涡轮机，废气的能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动与废气的能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机内增压后进入气缸。压气机内增压后进入气缸。优点优点：燃油经济性好，并可大幅度降低有害气：燃油经济性好，并可大幅度降低有害气体的排放和噪声水平。体的排放和噪声水平。缺点缺点：低速时排气能量低，增压效果差，低速：低速时排气能量低，增压效果差，低速加速性能较差。加速性能较差。三、气波增压器三、气波增压器 优点优点：结构简单，加工方便，工作温度不高，：结构简单，加工方便，工作温度不高，不需耐热材料无需冷却。与涡轮增压相比，不需耐热材料无需冷却。与涡轮增压相比，其低速转矩特性好。其低速转矩特性好。缺点缺点：体积大，噪声水平高，安装位置受到一：体积大，噪声水平高，安装位置受到一定的限制。定的限制。应用应用：多用于柴油机上。：多用于柴油机上。汽油机增压比柴油机增压困难的主要原因是：汽油机增压比柴油机增压困难的主要原因是：1)汽油机增压后爆燃倾向增加。汽油机增压后爆燃倾向增加。2)由于汽油机混合气的过量空气系数小，燃烧由于汽油机混合气的过量空气系数小，燃烧温度高，因此增压之后汽油机和涡轮增压器的热温度高，因此增压之后汽油机和涡轮增压器的热负荷大。负荷大。3)车用汽油机工况变化频繁，转速和功率范围车用汽油机工况变化频繁，转速和功率范围宽广，致使涡轮增压器与汽油机的匹配相当困难。宽广，致使涡轮增压器与汽油机的匹配相当困难。4)涡轮增压汽油机的加速性较差。当节气门突涡轮增压汽油机的加速性较差。当节气门突然开大要求混合气量迅速增加时，却由于增压器然开大要求混合气量迅速增加时，却由于增压器转子的惯性，使增压器加速迟缓，转子的惯性，使增压器加速迟缓，发动机进气发动机进气量的增加将滞后一段时间。完全消除涡轮增压器量的增加将滞后一段时间。完全消除涡轮增压器对发动机工况变化的响应滞后现象比较困难。对发动机工况变化的响应滞后现象比较困难。为克服汽油机增压的困难在汽油机增压系统中为克服汽油机增压的困难在汽油机增压系统中采取的措施采取的措施：1)在电控汽油喷射式发动机上实行汽油机增在电控汽油喷射式发动机上实行汽油机增压，成功地摆脱了化油器式发动机与涡轮增压，成功地摆脱了化油器式发动机与涡轮增压器匹配的困难。压器匹配的困难。2)应用点火提前角自适应控制，来克服因增应用点火提前角自适应控制，来克服因增压而增加的爆燃倾向。压而增加的爆燃倾向。3)对增压后的空气进行中间冷却。增压后空对增压后的空气进行中间冷却。增压后空气温度升高，密度减小，如温度过高，会减气温度升高，密度减小，如温度过高，会减少进气量，削弱增压效果，可能引起发动机少进气量，削弱增压效果，可能引起发动机爆燃。爆燃。4)采用增压压力调节装置。采用增压压力调节装置。第二节 机械增压一、机械增压系统 图中，机械增压器图中，机械增压器6为罗茨式压气机，由为罗茨式压气机，由曲轴带轮曲轴带轮12经传动带和电磁离合器带轮经传动带和电磁离合器带轮11驱驱动。动。当发动机在小负荷下工作时，电控单元当发动机在小负荷下工作时，电控单元ECU根据节气门位置传感器根据节气门位置传感器3的信号使电磁离的信号使电磁离合器断电，增压器停止工作。与此同时，使合器断电，增压器停止工作。与此同时，使进气旁通阀进气旁通阀5通电而开启，即在不增压的前提通电而开启，即在不增压的前提下，空气经旁通阀下，空气经旁通阀5以及旁通管路进入气缸。以及旁通管路进入气缸。带中冷器和点火提前角控制（不发生爆燃）。带中冷器和点火提前角控制（不发生爆燃）。二、二、机机械械增增压压器器罗茨式压气机最广为人知，其结构如图75所示。1、构造、构造：它由转子：它由转子3、转子轴、转子轴4、传动齿轮、传动齿轮7、壳体壳体9、后盖、后盖5和齿轮室罩和齿轮室罩8等组成。等组成。2、驱动、驱动：在压气机前端装有电磁离合器：在压气机前端装有电磁离合器2及及电磁离合器带轮电磁离合器带轮1。有两个转子。发动机曲。有两个转子。发动机曲轴带轮经传动带、电磁离合器带轮轴带轮经传动带、电磁离合器带轮1和电磁和电磁离合器离合器2驱动其中一个转子，而另一个转子驱动其中一个转子，而另一个转子由传动齿轮由传动齿轮7带动带动 3、分类、分类：罗茨式压气机有两叶（直线型）：罗茨式压气机有两叶（直线型）和三叶（螺旋型）之分。三叶转子有较低的和三叶（螺旋型）之分。三叶转子有较低的工作噪声及较好的增压器特性。工作噪声及较好的增压器特性。罗茨式压气机图7-6a二叶直线型转子 图7-6b三叶螺旋型转子l4、工作原理：、工作原理：当转子旋转时，空气从压当转子旋转时，空气从压气机入口吸入，在转子叶片的推动下空气机入口吸入，在转子叶片的推动下空气被加速，然后从压气机出口压出。出气被加速，然后从压气机出口压出。出口与进口的压力比可达口与进口的压力比可达1.8，供气量与转，供气量与转速成正比。速成正比。三、电磁离合器三、电磁离合器 电磁离合器安装在传动带轮电磁离合器安装在传动带轮1中，结构如图示。中，结构如图示。传动带轮传动带轮1与主动板与主动板2固连接在一起，从动摩擦片固连接在一起，从动摩擦片6花花键套键套5固连接在一起。固连接在一起。电控单元根据发动机工况的需要，发出接通或电控单元根据发动机工况的需要，发出接通或切断电磁离合器电源的指令，以控制增压器的工作。切断电磁离合器电源的指令，以控制增压器的工作。当接通电源时，电磁线圈当接通电源时，电磁线圈3通电，主动板通电，主动板2吸引吸引从动摩擦片从动摩擦片6，使离合器处于结合状态，增压器工，使离合器处于结合状态，增压器工作。作。当切断电源时，电磁线圈断电，主动板与从动当切断电源时，电磁线圈断电，主动板与从动摩擦片分开，增压器停止转动。摩擦片分开，增压器停止转动。第三节 涡轮增压一、涡轮增压系统一、涡轮增压系统有单涡轮和双涡轮两种有单涡轮和双涡轮两种虚线部分为涡轮增压器 分类：分类：涡轮增压系统分单涡轮增压系统和双涡涡轮增压系统分单涡轮增压系统和双涡轮增压系统。轮增压系统。结构：结构：涡轮增压系统涡轮增压系统 除包括涡轮增压器之外，除包括涡轮增压器之外，还包括进气旁通阀还包括进气旁通阀1、排气旁通阀、排气旁通阀9和排气旁通阀控和排气旁通阀控制装置制装置10等，如图示。等，如图示。六缸电控汽油喷射式汽油机常采用双涡轮增压六缸电控汽油喷射式汽油机常采用双涡轮增压系统，如图示。其中，不连续发火的系统，如图示。其中，不连续发火的1、2、3缸作为缸作为一组，一组，4、5、6缸作为另一组，每组三个气缸的排气缸作为另一组，每组三个气缸的排气驱动一个涡轮增压器。驱动一个涡轮增压器。此系统除包括涡轮增压器此系统除包括涡轮增压器9、进气旁通阀、进气旁通阀2、排、排气旁通阀气旁通阀10及排气旁通阀控制装置及排气旁通阀控制装置11之外，还包括之外，还包括中冷器中冷器3、谐振室、谐振室4和增压压力传感器和增压压力传感器5等。等。进气过程具有的间歇性和周期性使进气支管内产生一定幅度的压力波。此压力波以当地声速在进气系统内传播和往复反射。谐振室4使其自振频率与气门的进气周期调谐，在特定的转速下在进气门关闭之前，在进气支管内产生大幅度的压力波，使进气支管的压力增高而增加进气量.二、涡轮增压器的结构及工作原理二、涡轮增压器的结构及工作原理组成:离心式压气机径流式涡轮机中间体14增压器轴5通过两个浮动轴承9支承在中间体14内左端压气机右端涡轮机1离心式压气机离心式压气机车用涡轮增压器三部分组成车用涡轮增压器三部分组成离心式压气机离心式压气机径流式涡轮机径流式涡轮机中间体中间体扩压管分扩压管分叶片式和无叶式两种叶片式和无叶式两种。无叶式扩压管。无叶式扩压管实际上是由蜗壳和中间体侧壁所形成的环形空实际上是由蜗壳和中间体侧壁所形成的环形空间，其构造简单，工况变化对压气机效率的影间，其构造简单，工况变化对压气机效率的影响很小，适于车用增压器。叶片式扩压管是由响很小，适于车用增压器。叶片式扩压管是由相邻叶片构成的流道，其扩压比大，效率高，相邻叶片构成的流道，其扩压比大，效率高，但结构复杂，工况变化对压气机效率有较大的但结构复杂，工况变化对压气机效率有较大的影响。影响。2.径流式涡轮机径流式涡轮机3.转子转子 将发动机排气的能量转变为机械功。排气将发动机排气的能量转变为机械功。排气经蜗壳引导进入叶片式喷管经蜗壳引导进入叶片式喷管3。喷管是相邻的渐。喷管是相邻的渐缩形流道，排气流过喷管时压力能转变为动能。缩形流道，排气流过喷管时压力能转变为动能。喷管流出的高速气流冲击叶轮喷管流出的高速气流冲击叶轮1，并在叶片，并在叶片2所所形成的流道中继续膨胀作功，推动叶轮旋转。形成的流道中继续膨胀作功，推动叶轮旋转。涡轮机的蜗壳引导发动机排气以一定的角涡轮机的蜗壳引导发动机排气以一定的角度进入涡轮机叶轮，并将排气的压力能和热能度进入涡轮机叶轮，并将排气的压力能和热能部分地转变为动能。部分地转变为动能。安装在增压器轴上的涡轮机叶轮、压气机叶轮和安装在增压器轴上的涡轮机叶轮、压气机叶轮和密封套等组成。密封套等组成。4增压器轴承增压器轴承 车用发动机增压器轴承采用浮动轴承，实车用发动机增压器轴承采用浮动轴承，实际是套在轴上的圆环，圆环与轴以及圆环与轴际是套在轴上的圆环，圆环与轴以及圆环与轴承座之间都有间隙，形成双层油膜，圆环浮在承座之间都有间隙，形成双层油膜，圆环浮在轴与轴承座之间。在增压器工作时，圆环在轴轴与轴承座之间。在增压器工作时，圆环在轴与轴承座之间缓慢转动。与轴承座之间缓慢转动。增压器工作时产生轴向推力，由设置在压增压器工作时产生轴向推力，由设置在压气机一侧的推力轴承承受。气机一侧的推力轴承承受。三、增压压力的调节三、增压压力的调节 涡轮增压系统中的排气旁通阀涡轮增压系统中的排气旁通阀3受控制膜受控制膜盒盒1控制。控制膜盒中的膜片将其分成左室右控制。控制膜盒中的膜片将其分成左室右室。右室通过连通管室。右室通过连通管11与压气机出口相通，与压气机出口相通，左室通大气，其中的弹簧预紧力向右作用，左室通大气，其中的弹簧预紧力向右作用，当压气机出口压力大于弹簧预紧力时，经过当压气机出口压力大于弹簧预紧力时，经过连动杆连动杆2迫使排气旁通阀打开，控制增压压力迫使排气旁通阀打开，控制增压压力不超过限定值。不超过限定值。l 现代发动机的电控单元根据压气机出口现代发动机的电控单元根据压气机出口处增压压力传感器大小控制电磁阀通电或断处增压压力传感器大小控制电磁阀通电或断电，以开闭排气旁通阀。电，以开闭排气旁通阀。四、涡轮增压器的润滑及冷却四、涡轮增压器的润滑及冷却l 来自发动机润滑系统主油道的机油，经来自发动机润滑系统主油道的机油，经增压器中间体上的机油进口增压器中间体上的机油进口1进入增压器，进入增压器，润滑与冷却增压器轴与轴承，然后，机油经润滑与冷却增压器轴与轴承，然后，机油经机油出口机油出口2返回发动机油底壳。在增压器轴返回发动机油底壳。在增压器轴上安装油封，若损坏，将导致机油消耗剧增，上安装油封，若损坏，将导致机油消耗剧增，发动机排气冒蓝烟。发动机排气冒蓝烟。汽油机涡轮增压器的热负荷大，因此必汽油机涡轮增压器的热负荷大，因此必须在涡轮机一侧设置冷却水套，并用软水管须在涡轮机一侧设置冷却水套，并用软水管与发动机的冷却系连通。进水口与发动机的冷却系连通。进水口3和出水口和出水口4均在中间体上。均在中间体上。第四节 气波增压一、气波增压器气波增压器构造构造 二、气波增压器工作原理二、气波增压器工作原理演讲完毕，谢谢观看！