汽车构造 第九章 发动机增压系统

图9-4：机械增压结构组成
2．机械增压器（罗茨式压气机）
• （1）结构组成（图9-5） • ·主要由转子、转子轴、传动齿轮、壳体、
后盖组成 • ·曲轴经传动带、电磁离合器驱动其中的一
个转子，而另一个转子由传动齿轮带动与 其同步旋转
图9-5：机械增压器结构组成
（2）工作原理（图9-6）
• 当转子旋转时，空气从压气机入口吸入，在转子叶片的推 动下空气被加速，然后从压气机出口压出。
管及压气机蜗壳等组成
·当压气机旋转时，空气经进气道进入压气机叶轮， 并在离心力的作用下沿着压气机叶片之间形成的 流道，从叶轮中心流向叶轮的周边。空气从旋转 的叶轮获得能量，使其流速、压力和温度均有较 大的增高，然后进入叶片式扩压管中。扩压管为 渐扩形流道，空气流过扩压管时减速增压，温度 也有所升高。即在扩压管中，空气所具有的大部 分动能转变为压力能
·采用增压压力调节装置。增压压力与涡轮增压器的转速有关， 而增压器转速又取决于废气能量。发动机在高转速、大负 荷工作时，废气能量多，增压压力高；相反，低转速、小 负荷时，废气能量少，增压压力低。
3．增压的类型
（1）机械增压（图9-1）
·结构：机械增压器由发动机曲轴经齿轮增速 器驱动，或由曲轴齿形传动带轮经齿形传 动带及电磁离合器驱动
• （1）汽油机增压比柴油机增压困难原因
• ·汽油机增压后爆燃倾向增加
• ·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 压器的热负荷大
• ·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
• ·涡轮增压汽油机的加速性较差
（2）汽油机增压的改进措施 ·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
• ·特点：气波增压器结构简单，加工方便，工作温 度不高，不需要耐热材料，也无需冷却。与涡轮 增压相比，其低速转矩特性好，但是体积大，噪 声水平高，安装位置受到一定的限制。目前，这 种增压器还只能在低速范围内使用。由于柴油机 最高转速比较低，因此多用于柴油机上。
图9-2：气波增压
• （3）涡轮增压（图9-3）
化油器式发动机与涡轮增压器匹配的困难。电控技术的应 用，可以极其方便地对汽油机增压系统进行爆燃控制、放 气控制和排放控制等。
·应用点火提前角自适应控制，来克服由于增压而增加的爆燃 倾向。利用装在发动机上的爆燃传感器检测爆燃信息，并 将其传输给电控单元（ECU），电控单元则发出指令，推 迟点火时刻以消除爆燃。待爆燃消除后，自适应地逐步加 大点火提前角，使发动机在比较理想的状况下工作。
·特点：机械增压能有效地提高发动机功率， 与涡轮增压相比，其低速增压效果更好。 另外，机械增压器与发动机容易匹配，结 构也比较紧凑。但是，由于驱动增压器需 消耗发动机功率，因此燃油消耗率比非增 压发动机略高。
图9-1：机械增压
• （2）气波增压（图9-2）
• ·结构：由曲轴经传动带驱动气波增压器转子，利 用排气压力波使空气受到压缩，以提高进气压力
·当增压压力高，膜片左移，排气旁通阀开，部分排气直接排 入大气，从而控制增压压力及涡轮机转速
·现代电控发动机中增压压力的调节采用电子控制来实现
图9-11：增压压力的调节
4．涡轮增压器的润滑及冷却
润滑：机油自主油道，进入增压器，润滑和冷却增压器轴和 轴承。后返回油底壳
冷却：涡轮机侧设置冷却水套，并用软管与发动机的冷却系 统相通
·对增压后的空气进行中间冷却。因为空气增压后温度升高， 密度减小 如果温度过高，不仅会减少进气量，削弱增压 效果，还可能引起发动机爆燃。实践证明，对增压空气实 行中冷，对提高功率、降低油耗、降低热负荷和减轻爆燃 都十分有利。因此，不但在汽油机增压系统中设置中冷器， 而且在高增压柴油机增压系统中也设有中冷器。
（2）径流式涡轮机
·涡轮机是将发动机排气的能量转变为机械功的装置
·径流式涡轮机由蜗壳、喷管、叶轮和出气道等组成
·蜗壳的进口与发动机排气管相连，发动机排气经蜗 壳引导进入叶片式喷管。喷管是由相邻叶片构成 的渐缩形流道。排气流过喷管时降压、降温、增 速、膨胀，使排气的压力能转变为动能。由喷管 流出的高速气流冲击叶轮，并在叶片所形成的流 道中继续膨胀作功，推动叶轮旋转
二、机械增压
1．电喷汽油机机械增压 （1）结构组成（图9-4） （2）增压原理 ·曲轴带轮经传动带和电磁离合器带轮驱动增压器工
作，ECU据爆震传感器信号发出指令减小点火提 前角，可消除爆燃；当小负荷不增压时，ECU据 节气门位置传感器信号使电磁离合器断电，增压 器不工作，ECU使进气旁通阀开启，空气经进气 旁通阀，中冷器降温后进入气缸。
• ·结构：利用废气涡轮机，带动与其同轴安装的压 气机叶轮工作，新鲜空气在压气机内增压后进入 气缸
• ·特点：涡轮增压的优点是经济性比机械增压和非 增压发动机都好，并可大幅度地降低有害气体的 排放和噪声水平。涡轮增压的缺点是低速时转矩 增加不多，而且在发动机工况发生变化时，瞬态 响应差，致使汽车加速性，特别是低速加速性较 差
• ·重点讲解发动机增压概述 • ·简单讲解机械增压、气波增压 • ·重点讲解蜗轮增压
发动机增压概述
• 1．发动机增压功用 • ·将空气预先压缩后供入气缸，以提高空气密度、增加进
气量 • ·进气量增加，可增加循环供油量，从而可增加发动机功
率 • ·可以得到良好的加速性
• ·可以改善燃油经济性
• 2．汽油机增压技术
第九章 发动机增压系统
• 本讲教学目标： • 知识点： • ·发动机增压及其类型 • ·汽油机增压技术 • ·机械增压 • ·蜗轮增压 • ·气波增压 • 能力点： • ·初步了解汽油机增压的一般知
识
• ·区分对比三种增压类型 • ·正确理解涡轮增压结构、特点
和工作原理
• 本讲主要内容： • ·发动机增压概述 • ·机械增压 • ·气波增压 • ·蜗轮增压
图9-10：涡轮增压器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3．增压压力的调节
·在涡轮增压系统中都设有进气旁通阀和排气旁通阀，用以控 制增压压力
·控制膜盒中的膜片将膜盒分为左室和右室，右室经连通管与 压气机出口相通，左室设有膜片弹簧作用在膜片上。膜片 还通过连动杆与排气旁通阀连接
·当压气机出口压力低，膜片在膜片弹簧作用下移向右室，使 排气旁通阀关。
图9-12：涡轮增压器的润滑及冷却
图9-6：机械增压器工作原理
三、气波增压
图9-7：气波增压结构组成
四、蜗轮增压
1．涡轮增压系统 （1）单涡轮增压系统 ·一个涡轮增压器
图9-8 单涡轮增压系统
（2）双涡轮增压系统（图9-9） ·两个涡轮增压器并列布置
图9-9：双涡轮增压系统
2．涡轮增压器
（1）离心式压气机 ·离心式压气机由进气道、压气机叶轮、无叶式扩压
图9-3：涡轮增压
• （4）复合增压
• ·结构：机械增压与涡轮增压适当结合
• ·串联复合增压：在这种增压系统中，空气先经涡 轮增压器提高压力后，进人中间冷却器降温，再 经机械增压器增压。这种增压方式主要用于高增 压发动机上
• ·并联复合增压：由机械增压器和涡轮增压器同时 向发动机供给增压空气。在低转速范围主要靠机 械增压，而在高转速范围主要靠涡轮增压。这种 增压系统使发动机低速转矩特性得到改善