第七章车用发动机的增压系统

第七章车用发动机的增压系统1概述2机械增压3涡轮增压第一节概述将空气预先压缩后供入气缸，以增加进气质量、从而增加循环供油量（多喷油），进而提高发动机动力性；增压还能够改善发动机的燃油经济性。增压的目的废气涡轮增压（简称涡轮增压）、机械增压和气波增压等。对应的增压器分别为：废气涡轮增压器、机械增压器和气波增压器。增压的基本类型一、机械增压能够有效提高发动机功率，与涡轮增压相比，低速增压效果更好。机械增压器（压气机）与发动机直接机械联系，变工况下的瞬态响应性好，加速性好，尤其是低速时加速性好。机械增压器由发动机驱动，消耗功率，因此燃油经济性降低。适用于小型汽油机或与涡轮增压器复合使用。罗茨式压气机工作原理：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而升高压力，然后从压气机出口压出。增压比：出口压力与进口压力之比，通常可达1.8；罗茨压气机的供气量与转速成正比。罗茨式压气机涡轮增压优点：燃油经济性好，可大幅降低有害气体排放和噪声水平；缺点：低速时排气能量低，增压效果差，低速加速性能较差。涡轮增压器:由涡轮机和压气机构成将发动机排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。排气管中冷器压气机壳喷嘴环涡轮转子轴进气管

废气经排气管进入涡轮壳的喷嘴环，压力和温度下降，而速度提高，使涡轮高速旋转。涡轮带动压气机叶轮一起旋转。转速高达10万-20万转/分空气经滤清器后进入压气机，被压气机叶轮甩向外缘，使其速度和压力增加，然后经过进口小出口大的扩压器和压气机蜗壳，使气流的流速下降，压力升高。增压比k：压力升高比，压气机出口压力与进口压力之比。增压比升高，空气温度随之升高，空气密度的增长率会因之下降，并加大了柴油机零件的热负荷。

加装中间冷却器：以降低进入发动机的空气温度，使充气密度增大。涡轮增压器的结构及工作原理

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。中间体内有润滑和冷却轴承的油道，还有密封装置等。1、径流式涡轮机涡轮机作用是将发动机排气的能量转变为机械功。径流式涡轮机由涡壳、喷管、叶轮和出气道等组成。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。压气机包括离心式（径流式）和轴流式两大类。径流式：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压气机叶片1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提高，然后进入叶片式扩压管3。扩压管为渐扩形流道，空气流过扩压管时减速增压，温度也有所提高。在扩压管中，空气所具有的大部分动能转变为压力能。2压气机增压后发动机性能的变化采用废气涡轮增压后，发动机性能在以下几个方面得到改善：1.功率提高功率提高与增压比直接相关，可增加50～200％，甚至更高。2.机械效率提高

3．经济性提高增压使进气压力提高，改善了扫气效果和燃烧条件，且发动机的机械效率又有提高，因而使燃油消耗率显著降低。

增压后，发动机燃烧压力升高，各摩擦面上的摩擦损失增加，但由于发动机功率增加明显，因此机械效率有所提高。增压发动机的结构特点增压后，发动机机械负荷与热负荷提高，因此发动机结构也应该相应地改变：1．适当减少压缩比。防止燃烧压力过大，以保证发动机工作可靠，延长使用寿命；但也不能太低。2．供油系统的变化。增压后进气量增加，供油量也随之增加，喷油压力增大，因此应加大喷油器的喷孔直径。此外，增压后压缩压力和温度增加，使燃料着火落后期缩短，为防止最大燃烧压力过高，应适当减小供油提前角；但如供油提前角过小，会使燃烧恶化。

2、并联式复合增压系统：由机械增压器和涡轮增压器同时向发动机供给增压后的空气。在低速范围内主要靠机械增压，而在高转速范围内主要靠涡轮增压。这种增压系统使发动机低速时转矩特性得到改善。1、串联式复合增压系统：空气先经过涡轮增压器提高压力后，进入中间冷却器降温，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。复合增压系统四、汽油机增压的困难1、进气系统中节气门的存在使得发动机在低速小负荷时压气机容易发生喘振—涡轮增压的困难。2、汽油机增压后爆燃倾向增加。3、汽油机混合气过量空气系数小，燃烧温度高，增压后发动机和涡轮增压器的热负荷高。4、汽油机转速高，范围广，发动机和增压器匹配困难。5、涡轮增压汽油机的加速性较差（增压器叶轮的惯性），尤其是低速加速性差。五、电控汽油喷射式汽油机普及增压的原因电控技术的应用，可以方便地对汽油机增压系统进行爆燃控制（即点火提前角控制）、放气控制（即增压压力控制）和排放控制，因此克服了发动机和增压器匹配的困难。1、爆燃控制：采用点火提前角自适应控制系统，克服由于增压而增加的爆燃倾向。利用爆震传感器检测爆燃信息，并传送给ECU，ECU发出指令推迟点火时刻以消除爆震。待爆震消除后，自适应地加大点火提前角，使发动机在最理想的状况下工作。2、放气控制：采用增压压力调节装置，有进气旁通阀和排气旁通阀以及控制膜盒。大负荷高转速时：废气能量大，增压器转速高，增压压力高；低转速小负荷时：废气能量小，增压器转速低，增压压力低。因此，若增压器按高速大负荷设计，则低速小负荷时发动机的转矩小，加速性差。3、增压中冷：