陈家瑞第五版《汽车构造》第9章汽车发动机增压

1、第八章第八章 发动机润滑系统宝来1.8T、帕萨特1.8T 、奥迪A6 1.8T中的T代表什么意思？它有什么意义？发动机增压技术是强化发动机的最有效的手段，当前西方发达国家的车用柴油机基本上都采用了增压的技术，汽油机增压的应用日渐广泛。 据权威机构统计，2002年在欧洲销售的轻型汽车（轿车和轻型商用车）中有42%安装了涡轮增压器，这一比例是全世界最高的。从1998年至2000年，欧洲的涡轮增压器销售量从400万套上升到600万套，而到2002年则达到800万套。这样大幅度的增长主要是因为其在轻型汽车上的广泛使用。当然，其中也包括豪华轿车。 主要内容主要内容概述机械增压涡轮增压气波增压概述概述 增

2、压：就是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。 优点 增加发动机功率良好的加速性能 改善燃油经济性 涡轮增压的最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高发动机的功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器相比，可增加大约40%甚至更多。 分类 机械增压机械增压器Super Charge 涡轮增压涡轮增压器Turbo Charge 气波增压气波增压器机械增压器机械增压器 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。机械增压器优缺点机械增压器优缺点优点：优点： 机械增压能有效地提高发动机

3、功率 与涡轮增压相比，其低速增压效果更好。 机械增压器与发动机容易匹配，结构也比较紧凑。缺点：缺点： 由于驱动增压器需消耗发动机功率，因此燃油消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。耗率比非增压发动机略高。涡轮增压器涡轮增压器 组成：涡轮机和压气机。 优点： 在不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭力； 经济性比机械增压和非增压发动机都好； 可大幅度地降低有害气体的排放和噪声水平。 缺点： 低速时转矩增加不多 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。气波增压器气波增压器 有一个特殊形状的转子，由发动机曲轴带轮经传动带驱动

4、。在转子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。 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。由于柴油机的最高转速比较低，因此多用于柴油机上。汽油机增压技术汽油机增压技术（1）汽油机增压比柴油机增压困难的原因 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

5、压汽油机的加速性较差柴油机与汽油机工作时各行程状态参数比较柴油机柴油机汽油机汽油机 状态状态行程行程温度温度(K)压力压力(MPa)温度温度(K)压力压力(MPa)进气行程进气行程3103400.0850.0953203800.080.09压缩行程压缩行程7501000356007500.81.5作功行程作功行程18002200(瞬时最高瞬时最高) 10001200(作功终了作功终了)69(瞬时最高瞬时最高) 0.20.5(作功终了作功终了)22002800(瞬时最高瞬时最高) 12001500(作功终了作功终了)36.5 (瞬时最高瞬时最高) 0.350.5(作功终了作功终了)排气行程排气行

6、程7009000.1050.1290011000.1050.12汽油机增压技术汽油机增压技术（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，成功地摆脱了化油器式发动机与涡轮增压器匹配的困难。 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。 对增压后的空气进行中间冷却（减轻爆燃）。 采用增压压力调节装置。二、机械增压系统二、机械增压系统 机械增压器6为罗茨式压气机，由曲轴带轮12经传动带和电磁离合器带轮11驱动增压器6工作。空气经增压器增压后再经中冷器7降温，然后进入气缸。当发动机在小负荷下运转时不需要增压，这时电控单元(ECU)17根据节气门位置传感器3的信号，

7、使电磁离合器断电，增压器停止工作。与此同时，电控单元向进气旁通阀5通电使其开启，空气经旁通阀及旁通管道进入气缸。爆燃传感器9安装在发动机机体上，它将发动机发生爆燃的信号传输给电控单元，电控单元则发出相应的指令减小点火提前角，以消除爆燃。压气机的转子压气机的转子罗茨式压气机的转子有两叶的，也有三叶的。通常两叶转子为直线型，而三叶转子为螺旋型。三叶螺旋型转子有较低的工作噪声和较好的增压器特性。大众大众TSITSI发动机上使用的机械增压器发动机上使用的机械增压器 罗茨式压气机的工作原理罗茨式压气机的工作原理当转子旋转时，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。出口与

8、进口的压力比可达1.8。罗茨式压气机结构简单、工作可靠、寿命长，供气量与转速成正比。电磁离合器电磁离合器 电磁离合器安装在传动带轮中。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。当接通电源时，电磁线圈通电，主动板吸引从动摩擦片，使离合器处于接合状态，增压器工作。当切断电源时，电磁线圈断电，主动板与从动摩擦片分开，增压器停止转动三、涡轮增压系统三、涡轮增压系统单涡轮增压系统只有一个涡轮增压器双涡轮增压系统单涡轮增压单涡轮增压双涡轮增压双涡轮增压涡轮增压器的结构及工作原理涡轮增压器的结构及工作原理离心式压气机离心式压气机径流式涡轮机径流式涡轮机转子转子涡轮

9、机叶轮、压气机叶轮和密封套等零件安装在增压器轴上，构成涡轮增压器转子。转子以超过100000r/min，最高可达200000r/min的转速旋转，因此，转子的平衡是非常重要的。增压器轴在工作中承受弯曲和扭转交变应力，一般用韧性好、强度高的合金钢40Cr或18CrNiWA制造。增压器轴承增压器轴承增压压力的调节增压压力的调节电控排气旁通阀的增压系统电控排气旁通阀的增压系统变截面涡轮增压器变截面涡轮增压器VGTVGT对于无叶径流式涡轮机，可以在喷管出口处安装轴向移动的挡板来调节无叶喷管出口截面积。 涡轮增压器的润滑及冷却涡轮增压器的润滑及冷却真正让废气涡轮增压技术名声大噪的首推1974年的保时捷

10、911 Turbo。当年，装备2.1L废气涡轮增压发动机的911 Carrera RSR Turbo 2.1凭借强大的马力以及出色的操控性能，横扫勒芒24小时耐力赛。而第一代普通版本的保时捷911 Turbo则采用3.0L废气涡轮增压水平对置风冷发动机，最大输出功率可以达到260匹。此后相继推出的数代保时捷911 Turbo也都成为世人追捧的传世之作。也许以后人们在评论保时捷对于汽车工业的贡献时会毫不犹豫地提到“甲虫”式的流线车身、风冷水平对置发动机、出色的操控性能，还有就是大名鼎鼎的Turbo.废气涡轮增压典型萨博废气涡轮增压典型萨博9-3 2.0T 9-3 2.0T 萨博是世界上较早使用废

11、气涡轮增压(Turbo)发动机的厂商之一。作为一部强调运动风格的豪华轿车，萨博9-3 2.0T这款直列四缸废气涡轮增压发动机，在2500转时便可达到265Nm的最大扭矩。这种低转速下的良好加速性，对于日常行驶非常实用。据专业杂志试驾人员介绍，废气涡轮增压虽然有低速乏力和运转时突兀的不足，但萨博9-3 2.0T的加速迟滞感已降低得很小，开起来与一部发动机自然吸气的汽车区别不大。 废气涡轮增压典型废气涡轮增压典型 VOLVO S80 2.5TVOLVO S80 2.5T 该发动机具有设计先进、耐力超强、运行灵活、燃油效率高和反应快速等卓越性能。发动机形式为横置五缸涡轮增压，排气量为2.5升，最大功

12、率210hp(相当于154kw)/5000rpm，最大扭矩320Nm/1500-4500rpm，从输出数据看，较为注重高转速输出。涡轮增加所产生的附加动力等于使原来2.5升的发动机提升到相当于3.0升以上。 新款S80 2.5T怠速时相当平顺，震动也相当轻微。发动机的进气和排气部位都安装了CVVT连续可变气门正时装置，从而确保可对节气门的变化做出迅速反应，使发动机的燃烧状态保持最佳，即使在低转速下运行时也可提供丰沛的驱动力。VOLVO S80 2.9T6VOLVO S80 2.9T6S80是世界上第一辆配有横置六缸引擎的轿车，新款S80 T60采用横置六缸24气门双涡轮增压2.9L全铝发动机，

13、配备世界上体积最小的手自排一体电控变速箱，272匹马力(相当于200kw)。在7.2秒内将这辆宽大豪华的轿车强力加速到100公里/小时，即使跑到250公里/小时的极速，电脑感应牵引力控制系统和制动分配系统也使你不必担心车辆稳定性的控制和动力的发挥。从1800转至5000转均有380Nm的最大扭力输出，在你还没有感受到波箱换挡冲击的情况下，你已经轻松超过所有的人。 复合式增压器复合式增压器复合式增压器是把机械增压器与废气涡轮增压器联合起来工作的增压装置。应用： 主要用于某些二冲程发动机上，借以保证发动机起动和低速负荷时有必要的扫气压力。 复合式增压器还适合于排气背压较高的场合（如水下）。 但它的

14、结构过于复杂，体积过大，多用于固定式机器，并不适合小型乘用车辆。大众GOLF GT 1.4TSI发动机（搜集相关资料）大众大众TSITSI发动机解析发动机解析 TSI发动机是在FSI技术的基础之上，安装了一个涡轮增压器和一个机械增压器，提升动力输出，降低油耗。大众1.4升TSI发动机是全球第一台拥有两个增压装置的汽油直喷发动机。 与柴油发动机相比，TSI更安静，持续的动力输出范围更广，同时油耗上也相差不多。 最大功率：168匹马力/6000转 最大扭矩：240牛米/1750-4500转 1.4升TSI发动机的功效可以与一台普通2.3升发动机相比美，但是燃油消耗能够降低近20%。 在发动机转速很

15、宽的一个范围内，都能够保证高扭矩输出，所以驾驶更轻松，有效减少换挡次数。 大众高尔夫大众高尔夫GTGT上装配的上装配的1.4L TSI1.4L TSI发动机发动机 习题习题P265 习题1-4。增压器生产企业增压器生产企业 霍尔塞特公司holset 霍尔塞特是世界上最大的中型和重型涡轮增压器制造商，是美国康明斯发动机公司的全资子公司。 无锡霍尔塞特在中重吨位发动机市场的占有率已升至50%左右 霍尼韦尔公司Honeywell 世界500强之一,霍尼韦尔涡轮增压技术公司是全球最大的客车和商用车发动机增压系统的制造商之一。 上海全球涡轮增压器技术中心 Garrett发动机增压系统 霍尼韦尔在中国重型

16、车市场已经达到45%的占有率，在轻型车市场上也有很大的市场份额。 HONEYWELL国际公司据了解，目前国内轻型发动机的涡轮增压系统市场，也主要是由国外几个品牌占据。目前“两霍”的市场占有率，加在一起约在80%左右。博格华纳公司增压系统(BorgWarner) 两大品牌KKK和Schwetzer收入麾下，而且分处德国和美国两个国家 BORA 1.8T、A4 1.8T 所使用的K03 涡轮 ，大众和奥迪集团车系伊顿公司（Eaton）重工集团（Ishikawajima-Harima）三菱重工 丰田爱信Toyota (亚洲) 日本Tochigi Fuji Sangyo KK 31花絮花絮在赛场上，1

17、974 年，保时捷凭借其KKK增压型2.1 升发动机一举夺得勒芒24小时耐力赛第二名，从而首次使涡轮增压车闯入该赛事的前十名。此后，保时捷的涡轮增压车继续称雄于勒芒，在1976至1987的12年间，竟然10次夺冠。 KKK涡轮增压器德国名车保时捷911 Turbo 历代车型成为永久不变的传奇经典。 VGT(Variable geometry turbochargers) 即可变几何尺寸涡轮，通过改变涡轮进气端的叶片几何形状达到改变A/R值的一种涡轮增压技术。这样的技术最先是应用在柴油引擎上，而应用在转速更高的汽油引擎上并不多见。最先使用这一技术的是克莱斯勒1989款Shelby CSX-VNT

18、。它使用了一颗来自Garett的VNT-25可变喷嘴涡轮，2.2L的直列4缸引擎可以发出175ps功率，最大扭矩达到 278Nm，以当时的眼光看来已经属于辛辣车种。不过它只生产了仅仅两台原型车和498台商品车。 2006年，代号997的新一代Porsche 911 Turbo面世。 480ps/3.6L,水平对置6缸增压引擎 让最高车速达到 311km/h。 扭矩更是达到狂暴的620Nm（通过选装 Sport Chrono Package运动包可以达到680Nm ！轮胎要倒霉了！）。 这样的扭矩能干掉扭矩“仅有” 465Nm的老冤家法拉利F430。 如此狂暴的低扭，如此放肆的高转输出，都由一颗

19、善变的涡轮撑腰。它就是来自BorgWarner（博格华纳）的VTG（Variable Turbine Geometry）涡轮。 这是VGT增压技术第一次在大量生产的汽油车型上亮相涡轮废气入口端的叶片加上了可变装置，就是在涡轮叶片周围加上了一圈能调整角度的导流叶片。引擎低转时，叶片与气流的角度较大，能充分利用废气的能量，让废气尽快推动压气机涡轮高速旋转起来；在大负荷、高转速的情况下，叶片的角度变小，加快废气流动的速度，防止发生过增压的情况。这套系统由发动机ECU控制，满足引擎不同转速下的增压需要，使其兼备小涡轮的低延迟和大涡轮高效率的特性。BMW双涡轮柴油发动机 2.0L 四缸 双涡轮柴油发动机

20、 最高马力204匹 400牛米 配置的Piezo高压喷嘴可在发动机转三圈后压力值达到2000bar时把燃油从中喷出 世界上全铝柴油机中，第一款升功率输出超过100ps的twin-turbo diesel 宝马声称，最强的 F1引擎马力记录是1986年由涡轮增压四缸引擎产生的将近1100匹马力。Bugatti Veyron W16汽缸配置、8.0升排气量、四涡轮增压系统，压榨出1,001匹的最大马力（736 kW） BMW M12/13 1.5L TURBOBMW M12/13 1.5L TURBO 一台简单的四缸机加一部KKK涡轮增压器，就可以发出821KW功率，而2003年BMW用科技武装到牙齿3升V10也远不能达到这个数字，这就是TURBO的威力，最低的成本获取几乎没有上限的动力，而所需要做的就是加强气缸和提高增压值，但允许TURBO的后果就是技术停滞和过大动力的潜在危险性。F1F1在过去15年中，法拉利几乎使用过从V8到V12的引擎技术。1989年，当国际汽