第七章：汽车发动机增压.doc

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1、第七章 汽车发动机增压教学目的：使学生了解机械增压和气波增压的工作原理，重点掌握涡轮增压。教学重点：涡轮增压。教学难点：涡轮增压器的结构及工作原理。学时数 ：1学时。第一节 概 述一、概 念所谓增压就是将空气预先压缩后再供入气缸，以提高空气密度、增加进气量的一种技术。增压技术以前广泛地应用到柴油机上，随着增压技术的成熟，现在也开始应用到汽油机上。二、作 用1、 因为进气量增加，供油量也相应增加并且得到充分燃烧，从而可以增大发动机扭矩，增加发动机功率。2、 提高燃油经济性，改善排放性能。三、分 类增压有机械增压、涡轮增压和气波增压三种基本类型。实现空气增压的装置称为增压器。早期柴油机多采用机械增

2、压，由于这种增压方式要消耗发动机输出功率而使柴油机经济性变坏，近来基本被淘汰。现在广泛应用的是涡轮增压。第二节 机械增压和气波增压 一、机械增压（略）机械增压器4由发动机曲轴1经齿轮增速器5驱动(图71a)，或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带9及电磁离合器6驱动(图71b)。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。机械增压器是利用转子中叶片的高速旋转来提高空气的流通速度，从而增加压气机出口处空气的压力，达到增压的目的。电控单元根据发动机工况的需要，

3、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。二、气波增压（略）气波增压器中有一个特殊形状的转子3，由发动机曲轴带轮经传动带4驱动 (图73)。在转子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。第三节 涡轮增压涡轮增压是汽车发动机上应用得最为普遍的一种增压方式，在柴油机上应用涡轮增压已经有半个多世纪了。涡轮增压也称废气涡轮增压，它是利用柴油机排气驱动的涡轮机拖动压气机，来提高进气压力增加充气量。涡轮增压器与发动机没有机械的联系。与前两种增压方式相比涡轮增压的优点是经济性好，并可大幅度地降低有害气体的排放和噪声。涡轮增压器由涡轮机2和压气机3构成，

4、如图72所示。将发动机排出的废气引入涡轮机，利用废气所包含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，新鲜空气在压气机内增压后进入气缸(图72)。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。一、 涡轮增压系统涡轮增压系统分为单涡轮增压系统和双涡轮增压系统。只有一个涡轮增压器的增压系统为单涡轮增压系统，（一般应用到四缸发动机上）如图79所示。涡轮增压系统除涡轮增压器之外，还包括进气旁通阀1、排气旁通阀9和排气旁通阀控制装置10等。双涡轮增压系统有两个涡轮，这两个涡轮增压器并列布置在排气管中，六个气缸分为两组，

5、分别驱动一个涡轮增压器。这种增压系统加装了中冷器3、谐振室4和增压压力传感器5等。二、涡轮增压器的结构及工作原理。一） 结构车用涡轮增压器的结构如图711所示，由离心式压气机和径流式涡轮机及中间体三部分组成。增压器轴5通过两个浮动轴承9支承在中间体14内。中间体内不润滑和冷却轴承的油道，还有防止润滑油泄漏的密封装置。1、 离心式压气机离心式压气机由进气道6、压所机叶轮3、无叶式扩压管2及压气机蜗壳1等组成。叶轮包括叶片和轮毂，并由增压器轴带动旋转。压气机的作用是通过叶轮的旋转提高进入空气的流速、压力和温度，然后通过蜗壳引向压气机出口。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

6、装置。径流式涡轮机由蜗壳、喷管、叶轮和出气道等组成。3、 转子涡轮机叶轮、压气机叶轮和密封套等零件安装在增压器轴上，构成涡轮增压转子。转子在工作过程中，高速旋转，因此必须保持转子的平衡。4、 增压器轴承现代车用涡轮增压器一般都采用浮动轴承。在增压器工作时，轴承在轴与轴承座之间转动。为了减少轴承的摩擦在轴承的两端加工有布油槽，另外在轴承上还加工有进油孔，以保证止推面的润滑和冷却。二） 工作原理 废气涡轮增压器主要由涡乾机和压气机(增压器)两大部分组成。涡轮机将柴油机排出的废气能量转变为机械能。压气机则利用涡轮输出的机械能，把空气的压力提高，然后送至气缸内，以达到增压的目的。 左图为废气涡轮增压器

7、的工作原理图。排气管1接到增压器的涡轮壳4上。柴油机排出的具有一定压力的高温废气经排气管1进入涡轮壳4里的喷嘴环2，由于喷嘴环通过的面积是逐渐收缩的，因而废气的压力和温度下降，速度提高，使它的动能增加。这股高速的废气流，按一定的方向冲击涡轮3，使涡轮高速旋转。废气的压力、温度和速度越高，涡轮转速也越快，通过涡轮的废气最后排人大气。因为涡轮3和离心式压气机叶轮8安装在同一转子轴5上，所以两者同速旋转。经过空气滤清器并吸入压气机壳内的空气，被高速旋转的压气机叶轮甩向叶轮的外缘，使其速度和压力增加，并进入扩压器7。扩压器的形状为进口小出口大，因此气流的流速下降，压力升高，再通过断面由小到大的环形压气

8、机壳9使空气流的压力继续提高，这些被压缩的空气经柴油机进气管10进入气缸，以提高发动机的充气量。三、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。当增压压力低于限定值时，旁通阀处于关闭状态；当增压压力超过限定值时，增压压力克服膜片弹簧力，旁通阀打开，将一部分排气直接排放到大气中，达到控制增压压力的目的。 四、涡轮增压器的润滑及冷却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1进入增压器，润滑和冷却增压器轴和轴承。在增压器上装有油封，用来防止机油窜入压气机或涡轮机蜗壳内，如油封损坏，将会导致机油消耗量增加和排气冒蓝烟。在汽油机上，常常在增压器中间体的涡轮机两侧设置冷却水套，并通过软管与发动机冷却系连通来冷却涡轮增压器。