第十章发动机增压中冷

1、汽车构造第十章第十章 发动机增压中冷发动机增压中冷概念概念：发动机增压中冷发动机增压中冷：就是将空气预先压缩、再经冷却、然后供入就是将空气预先压缩、再经冷却、然后供入气缸，以提高进气密度、增加充气量的一项气缸，以提高进气密度、增加充气量的一项技术技术。增压增压： 将气体预先压缩，增大密度后再送入发动机气缸的过程将气体预先压缩，增大密度后再送入发动机气缸的过程。增压器增压器： 实现进气增压的装置实现进气增压的装置。中冷中冷： 将压缩的气体进行冷却，进一步增大密度后再送入发动将压缩的气体进行冷却，进一步增大密度后再送入发动机气缸的过程机气缸的过程。中冷器中冷器： 实现在发动机进气管与增压器压气机之

2、间降低进气实现在发动机进气管与增压器压气机之间降低进气温度装置温度装置。发动机增压器发动机增压器分类分类机械驱动式增压器机械驱动式增压器动能式增压器动能式增压器叶片式叶片式螺旋式螺旋式罗茨式罗茨式离心式离心式气波式气波式谐波式谐波式废气涡轮式废气涡轮式二冲程柴油机作扫气装置二冲程柴油机作扫气装置机械式和废气涡轮式联合增压，称为复合增压系统机械式和废气涡轮式联合增压，称为复合增压系统第一节第一节 机械增压机械增压一、机械增压原理一、机械增压原理 机械增压是一种通过发动机直接驱动压气机，以提高发动机机械增压是一种通过发动机直接驱动压气机，以提高发动机进气压力的增压方式进气压力的增压方式。机械增压器

3、由机械增压器由曲轴曲轴带带动动齿轮增速器齿轮增速器驱动驱动同步齿形带同步齿形带及及电电磁离合器磁离合器驱动驱动 由曲轴带轮由曲轴带轮1212经传动带和电磁离合器带轮经传动带和电磁离合器带轮1111驱动增压驱动增压器器6 6工作。空气经增压器增压后再经中冷器工作。空气经增压器增压后再经中冷器7 7降温，然后进降温，然后进入气缸。入气缸。 当发动机在小负荷下运转时不需要增压，这时电控单当发动机在小负荷下运转时不需要增压，这时电控单元元1717根据节气门位置传感器根据节气门位置传感器3 3的信号，使电磁离合器断电，的信号，使电磁离合器断电，增压器停止工作。增压器停止工作。二、机械增压系统二、机械增压

4、系统 机械离心式增压器机械离心式增压器罗茨式增压器罗茨式增压器滑片式增压器滑片式增压器螺旋式增压器螺旋式增压器转子活塞式增压器转子活塞式增压器机械增压器根据压气机机械增压器根据压气机的工作原理的工作原理分为分为电控汽油喷射式发动机上采用罗茨增压系统电控汽油喷射式发动机上采用罗茨增压系统的工作原理：的工作原理：1-空气滤清器；空气滤清器；2-空气流量计；空气流量计；3-节气门及节气门位置传感器；节气门及节气门位置传感器；4-怠速空气控制阀；怠速空气控制阀；5-进气旁通阀；进气旁通阀；6-罗茨增压器；罗茨增压器；7-中冷器；中冷器；8-喷油器；喷油器；9-爆燃传感器；爆燃传感器；10-冷却液温度传

5、感器；冷却液温度传感器；11-电磁离合器带轮；电磁离合器带轮；12-曲轴带轮；曲轴带轮；13-氧传感器；氧传感器；14-三效催化转化器；三效催化转化器；15-分电器；分电器；16-点火线圈；点火线圈；17-电控单元电控单元 转子的前后端支承在滚子轴承上，滚子轴承和传动齿轮转子的前后端支承在滚子轴承上，滚子轴承和传动齿轮用合成高速齿轮油润滑。在转子轴的前后端装置油封，以防用合成高速齿轮油润滑。在转子轴的前后端装置油封，以防止润滑油漏入压气机壳体内。止润滑油漏入压气机壳体内。 三、机械增压器三、机械增压器 在机械增压器当中，罗茨式压气机最广为人知。在机械增压器当中，罗茨式压气机最广为人知。构成：构

6、成：转子、转子轴、传动齿轮、壳体、后盖和齿轮室罩等转子、转子轴、传动齿轮、壳体、后盖和齿轮室罩等在罗茨式压气机中有两个转子在罗茨式压气机中有两个转子发动机曲轴带轮经传动发动机曲轴带轮经传动带、电磁离合器带轮和带、电磁离合器带轮和电磁离合器驱动其中的电磁离合器驱动其中的一个转子一个转子另一个转子则由传动另一个转子则由传动齿轮带动齿轮带动同步旋转同步旋转 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。在

7、相互啮合的转子之间以及转子与壳体之间和较好的增压器特性。在相互啮合的转子之间以及转子与壳体之间都有很小的间隙，并在转子表面涂敷树脂，以保持转子之间以及转都有很小的间隙，并在转子表面涂敷树脂，以保持转子之间以及转子与壳体间较好的气密性。转子用铝合金制造。子与壳体间较好的气密性。转子用铝合金制造。 罗茨式压气机的工作原理。当转子旋转时，空气从压气机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。出口与进口的压力比可达口压出。出口与进口的压力比可达1.81.8。罗茨式压气机结构简单、

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。工作可靠、寿命长，供气量与转速成正比。 电磁离合器安装在传动带电磁离合器安装在传动带轮中。电控单元根据发动机工轮中。电控单元根据发动机工况的需要，发出接通或切断电况的需要，发出接通或切断电磁离合器电源的指令，以控制磁离合器电源的指令，以控制增压器的工作。当接通电源时，增压器的工作。当接通电源时，电磁线圈通电，主动板吸引从电磁线圈通电，主动板吸引从动摩擦片，使离合器处于接合动摩擦片，使离合器处于接合状态，增压器工作。当切断电状态，增压器工作。当切断电源时，电磁线圈断电，主动板源时，电磁线圈断电，主动板与从动摩擦片分开，增压器停与从动摩

9、擦片分开，增压器停止转动。止转动。四、电磁离合器四、电磁离合器 第四节第四节 涡轮增压涡轮增压 一、废气涡轮增压原理一、废气涡轮增压原理1-排气管；排气管；2-喷嘴环；喷嘴环；3-涡轮；涡轮；4-涡轮壳；涡轮壳；5-转子轴；转子轴；6-轴承；轴承；7-扩压器；扩压器；8-压气机叶轮；压气机叶轮；9-压气机壳；压气机壳；10-进气管进气管增压气涡轮壳增压气涡轮壳4排气管排气管1相连接，增压器压相连接，增压器压气机壳气机壳9的进气管的进气管l0相连接。发动机排出的相连接。发动机排出的的废气，经涡轮壳的废气，经涡轮壳4进入喷嘴环进入喷嘴环2。由于喷。由于喷嘴环嘴环2的通道面积由大到小，使废气的压力的

10、通道面积由大到小，使废气的压力和温度下降，而流速却迅速提高。利用这个和温度下降，而流速却迅速提高。利用这个高速的废气气流，按一定的方向冲击涡轮高速的废气气流，按一定的方向冲击涡轮3，使涡轮高速旋转。而与涡轮使涡轮高速旋转。而与涡轮3同轴的压气机同轴的压气机叶轮叶轮8以相同的速度旋转，将经过空气滤清以相同的速度旋转，将经过空气滤清器过滤的空气，吸入压气机。高速旋转的压器过滤的空气，吸入压气机。高速旋转的压气机叶轮气机叶轮8把空气甩向叶轮的边缘，速度增把空气甩向叶轮的边缘，速度增加后进入扩压器加后进入扩压器7。扩压器。扩压器7的形状是进口的形状是进口小出口大，因此，经扩压器的气流速度下降小出口大，

11、因此，经扩压器的气流速度下降而压力升高，再通过截面由小到大的环形压而压力升高，再通过截面由小到大的环形压气机壳气机壳9，使气流压力进一步提高后，经进，使气流压力进一步提高后，经进气管气管10进入气缸，进入气缸，从而起到了增压的作用从而起到了增压的作用二、废气涡轮增压器的分类二、废气涡轮增压器的分类1、按废气进入涡轮的气流方向分为按废气进入涡轮的气流方向分为轴流式轴流式径流式径流式2、增压器按压力增压器按压力升高比升高比可分为可分为低压低压 1.4中压中压 1.42.0高压高压 2出口压力与进口压力之比。出口压力与进口压力之比。简称压比。用简称压比。用表示表示常常用用3、按对发动机排出废气压力利

12、用的方式可分为按对发动机排出废气压力利用的方式可分为恒压式恒压式脉冲式脉冲式4、按废气能量的回收方式又可分为按废气能量的回收方式又可分为单单级涡轮增压级涡轮增压双级涡轮增压双级涡轮增压复合增压复合增压串联复合增压串联复合增压 并联复合增压并联复合增压 1. 1. 单涡轮增压单涡轮增压 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。涡轮增压系统除涡轮个涡轮增压器的增压系统为单涡轮增压系统。涡轮增压系统除涡轮增压器之外，还包括进气旁通阀、排气旁通阀和排气旁通阀控制装增压器之外，还包括进气旁通阀、排

13、气旁通阀和排气旁通阀控制装置等。置等。 六缸汽油喷射式发动机的六缸汽油喷射式发动机的双涡轮增压系统。其中两个涡双涡轮增压系统。其中两个涡轮增压器并列布置在排气管中，轮增压器并列布置在排气管中，按气缸工作顺序把按气缸工作顺序把1 1、2 2、3 3缸缸作为一组，作为一组，4 4、5 5、6 6缸作为另缸作为另一组，每组三个气缸的排气驱一组，每组三个气缸的排气驱动一个涡轮增压器。因为三个动一个涡轮增压器。因为三个气缸的排气间隔相等，所以增气缸的排气间隔相等，所以增压器转动平稳。另外，把三个压器转动平稳。另外，把三个气缸分成一组还可防止各缸之气缸分成一组还可防止各缸之间的排气干扰。此系统除包括间的排

14、气干扰。此系统除包括涡轮增压器、进气旁通阀、排涡轮增压器、进气旁通阀、排气旁通阀及排气旁通阀控制装气旁通阀及排气旁通阀控制装置之外，还有中冷器、谐振室置之外，还有中冷器、谐振室和增压压力传感器等。和增压压力传感器等。 2. 2. 双涡轮增压双涡轮增压 车用涡轮增压器由离心式压气机和径流式涡轮机及中间车用涡轮增压器由离心式压气机和径流式涡轮机及中间体三部分组成。增压器轴通过两个浮动轴承支承在中间体内。体三部分组成。增压器轴通过两个浮动轴承支承在中间体内。中间体内有润滑和冷却轴承的油道，还有防止机油漏入压气中间体内有润滑和冷却轴承的油道，还有防止机油漏入压气机或涡轮机中的密封装置等。机或涡轮机中的

15、密封装置等。三、三、 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 离心式压气机由离心式压气机由进气道进气道、压气机叶轮压气机叶轮、无叶式扩压管无叶式扩压管及及压气机压气机蜗壳蜗壳等组成。等组成。叶轮包括叶片和轮毂叶轮包括叶片和轮毂，并由，并由增压器轴增压器轴带动旋转带动旋转。1.1.离心式压气机离心式压气机 空气从旋转的叶轮获得空气从旋转的叶轮获得能量，使其流速、压力和温能量，使其流速、压力和温度均有较大的增高，然后进度均有较大的增高，然后进入叶片式扩压管。扩压管为入叶片式扩压管。扩压管为渐扩形流道，空气流过扩压渐扩形流道，空气流过扩压管时减速增压，温度也有所管时减速增压，温度也有所

16、升高。即在扩压管中，空气升高。即在扩压管中，空气所具有的大部分动能转变为所具有的大部分动能转变为压力能。压力能。 当压气机旋转时，空气经进气道进入压气机叶轮，并在离心当压气机旋转时，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。叶轮的周边。 扩扩压管分压管分叶片式叶片式和和无叶式无叶式两种。无叶式扩压管实际上是由两种。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间蜗壳和中间体侧壁所形成的环形空间。 无无叶式扩压管构造简单，工况变化对压气机效率的影响很叶式扩压管构造简单，工况变化

17、对压气机效率的影响很小，适于车用增压器小，适于车用增压器。 叶片叶片式扩压管是由相邻叶片构成的流道，其扩压比大，效式扩压管是由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影响。率高，但结构复杂，工况变化对压气机效率有较大的影响。 蜗壳蜗壳的作用是收集的作用是收集从扩压管流出的空气，从扩压管流出的空气，并将其引向压气机出口。并将其引向压气机出口。空气在蜗壳中继续减速空气在蜗壳中继续减速增压，完成其由动能向增压，完成其由动能向压力能转变的过程。压压力能转变的过程。压气机叶轮由铝合金精密气机叶轮由铝合金精密铸造，蜗壳也用铝合金铸造，蜗壳也用铝合金铸造。铸造。 涡轮

18、机是将发动机排气的能量转变为机械功的装置。径流式涡涡轮机是将发动机排气的能量转变为机械功的装置。径流式涡轮机由轮机由蜗壳、喷管、叶轮蜗壳、喷管、叶轮和和出气道出气道等组成等组成。发动机。发动机排气经蜗壳引导排气经蜗壳引导进入叶片式喷管。喷管是由进入叶片式喷管。喷管是由相邻叶片相邻叶片构成的渐缩形流道。排气流过构成的渐缩形流道。排气流过喷管时降压、降温、增速、膨胀，使排气的喷管时降压、降温、增速、膨胀，使排气的压力能转变为动能压力能转变为动能。由。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。作功，推动叶

19、轮旋转。2.2.径流式涡轮机径流式涡轮机 涡轮机叶轮采用镍基耐热合涡轮机叶轮采用镍基耐热合金钢或陶瓷材料制造。金钢或陶瓷材料制造。用陶瓷用陶瓷材材料可使涡轮机叶轮的质量大约减料可使涡轮机叶轮的质量大约减小小2/32/3，涡轮增压加速滞后的问，涡轮增压加速滞后的问题也在很大程度上得到改善题也在很大程度上得到改善。 喷管喷管叶片用耐热和抗腐蚀的叶片用耐热和抗腐蚀的合金钢铸造或机械加工成形。蜗合金钢铸造或机械加工成形。蜗壳用耐热合金铸铁铸造，内表面壳用耐热合金铸铁铸造，内表面应该光洁，以减少气体流动损失。应该光洁，以减少气体流动损失。 涡轮机叶轮、压气机叶轮和密封套等零件安装在涡轮机叶轮、压气机叶轮

20、和密封套等零件安装在增压器轴上，构成涡轮增压器转子。转子以超过增压器轴上，构成涡轮增压器转子。转子以超过100000r/min100000r/min，最高可达，最高可达200000r/min200000r/min的转速旋转，因的转速旋转，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、强度高的合受弯曲和扭转交变应力，一般用韧性好、强度高的合金钢金钢40Cr40Cr或或18CrNiWA18CrNiWA制造。制造。 3. 3.转子转子 增压器轴承的结构是车用涡轮增压器可靠性的关键之一。增压器轴承的结构是车用涡轮增压器

21、可靠性的关键之一。现代车用涡轮增压器都采用现代车用涡轮增压器都采用浮动轴承浮动轴承。 浮动轴承实际上是套在轴上的圆环。浮动轴承实际上是套在轴上的圆环。圆环与轴圆环与轴以及以及圆环圆环与轴承座与轴承座之间都之间都有间隙有间隙，形成双层油膜。圆环浮在轴与轴承，形成双层油膜。圆环浮在轴与轴承座之间。一般内层间隙为座之间。一般内层间隙为0.05mm0.05mm左右，外层间隙大约为左右，外层间隙大约为0.1mm0.1mm。在增压器工作时，轴承在轴与轴承座中间转动。在增压器工作时，轴承在轴与轴承座中间转动。 工作工作特点特点：高速轻载下，工作可靠、抗震性好、使用寿高速轻载下，工作可靠、抗震性好、使用寿命长

22、、拆装方便命长、拆装方便。四、涡轮增压器轴承及其润滑四、涡轮增压器轴承及其润滑1 1、浮动轴承、浮动轴承浮动轴承浮动轴承整体式整体式分开式分开式增压器的转子间只用一个浮动轴承，其结构增压器的转子间只用一个浮动轴承，其结构简单、零件少、止推轴承大为简化，但工艺简单、零件少、止推轴承大为简化，但工艺要求高，旋转惯性大；要求高，旋转惯性大；增压器的转子内侧的两边各有一个浮动轴承，增压器的转子内侧的两边各有一个浮动轴承，其尺寸小、旋转惯性小、加工简单，在小型其尺寸小、旋转惯性小、加工简单，在小型增压器上应用较多。增压器上应用较多。1-1-推力轴承；推力轴承；2-2-浮动轴承；浮动轴承；3-3-卡环；卡

23、环；4-4-止推片；止推片；5-5-隔套；隔套；6-6-垫片；垫片；7-7-止推套；止推套；8-8-整体式浮动轴承；整体式浮动轴承；9-9-后止推面；后止推面；10-10-前止推面前止推面a-a-整体式浮动轴承；整体式浮动轴承； b-b-分开式径向进油浮动轴承；分开式径向进油浮动轴承；c-c-分开式轴向进油浮动轴承；分开式轴向进油浮动轴承；d-d-多油楔浮动轴承多油楔浮动轴承 五、增压压力的调节五、增压压力的调节 在汽车涡轮增压系统中设置进、排气旁通阀，是调节增压压力最简单、成在汽车涡轮增压系统中设置进、排气旁通阀，是调节增压压力最简单、成本最低而又十分有效的方法。排气旁通阀的工作原理。控制膜

24、盒中的膜片将膜盒本最低而又十分有效的方法。排气旁通阀的工作原理。控制膜盒中的膜片将膜盒分为上、下两个室，上室为空气室经连通管与压气机出口相通，下室为膜片弹簧分为上、下两个室，上室为空气室经连通管与压气机出口相通，下室为膜片弹簧室，膜片弹簧作用在膜片上，膜片通过连动杆与排气旁通阀连接。当压气机出口室，膜片弹簧作用在膜片上，膜片通过连动杆与排气旁通阀连接。当压气机出口压力，也就是增压压力低于限定值时，膜片在膜片弹簧的作用下上移，并带动连压力，也就是增压压力低于限定值时，膜片在膜片弹簧的作用下上移，并带动连动杆将排气旁通阀关闭；当增压压力超过限定值时，增压压力克服膜片弹簧力，动杆将排气旁通阀关闭；当

25、增压压力超过限定值时，增压压力克服膜片弹簧力，推动膜片下移，并带动连动杆将排气旁通阀打开，使部分排气不经过涡轮机直接推动膜片下移，并带动连动杆将排气旁通阀打开，使部分排气不经过涡轮机直接排放到大气中，从而达到控制增压压力及涡轮机转速的目的。排放到大气中，从而达到控制增压压力及涡轮机转速的目的。 在有些发动机上，排气旁通阀的开闭由电控单元控制的电磁阀操纵。电控在有些发动机上，排气旁通阀的开闭由电控单元控制的电磁阀操纵。电控单元根据发动机的工况，由预存的增压压力脉谱图确定目标增压压力，并与增压单元根据发动机的工况，由预存的增压压力脉谱图确定目标增压压力，并与增压压力传感器检测到的实际增压压力进行比

26、较，然后根据其差值来改变控制电磁阀压力传感器检测到的实际增压压力进行比较，然后根据其差值来改变控制电磁阀开闭的脉冲信号占空比，以此改变电磁阀的开启时间，进而改变排气旁通阀的开开闭的脉冲信号占空比，以此改变电磁阀的开启时间，进而改变排气旁通阀的开度，控制排气旁通量，借以精确地调节增压压力虽然排气旁通阀在涡轮增压汽车度，控制排气旁通量，借以精确地调节增压压力虽然排气旁通阀在涡轮增压汽车发动机上得到了广泛的应用，但是排气旁通之后，排气能量的利用率下降，致使发动机上得到了广泛的应用，但是排气旁通之后，排气能量的利用率下降，致使在高速大负荷时发动机的燃油经济性变差。在高速大负荷时发动机的燃油经济性变差。

27、在一串理想的在一串理想的脉冲周期序列中脉冲周期序列中（如方波），正（如方波），正脉冲的持续时间脉冲的持续时间与脉冲总周期的与脉冲总周期的比值。比值。 在大排量重型车用涡轮增压发动机上多采用涡轮机喷管出口截面可变的涡在大排量重型车用涡轮增压发动机上多采用涡轮机喷管出口截面可变的涡轮增压器，简称变截面涡轮增压器。在这种涡轮增压器中，通过改变喷管出口截轮增压器，简称变截面涡轮增压器。在这种涡轮增压器中，通过改变喷管出口截面积来调节增压压力。当发动机低速运行时，缩小喷管出口截面积，使喷管出口面积来调节增压压力。当发动机低速运行时，缩小喷管出口截面积，使喷管出口的排气流速增大，涡轮机转速随之升高，增压压

28、力和供气量都相应增加；当发动的排气流速增大，涡轮机转速随之升高，增压压力和供气量都相应增加；当发动机高速工作时，增大喷管出口截面积，使喷管出口的排气流速减小，涡轮机的转机高速工作时，增大喷管出口截面积，使喷管出口的排气流速减小，涡轮机的转速相对降低，这样增压器将不会超速，增压压力也不致于过高。在有叶径流式涡速相对降低，这样增压器将不会超速，增压压力也不致于过高。在有叶径流式涡轮机中，可以采用转动喷管叶片的方法来改变喷管出口截面积。喷管叶片与齿轮轮机中，可以采用转动喷管叶片的方法来改变喷管出口截面积。喷管叶片与齿轮相连，齿轮与齿圈啮合，当执行机构往复移动时，齿圈或向左或向右转动，带动相连，齿轮与齿圈啮合，当执行机构往复移动时，齿圈或向左或向右转动，带动与其啮合的齿轮转动，并使喷管叶片随其转动，从而使喷管出口截面积发生改变。与其啮合的齿轮转动，并使喷管叶片随其转动，从而使喷管出口截面积发生改变。 对于无叶径对于无叶径流式涡轮机，流式涡轮机，可以在喷管出可以在喷管出口处安装轴向口处安装轴向移动的挡板来移动的挡板来调节无叶喷管调节无叶喷管出