汽車發(fā)動機增壓技術(shù)

1、第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述增壓定義增壓定義：將空氣預(yù)先壓縮然后再供入氣缸，以將空氣預(yù)先壓縮然后再供入氣缸，以期提高空氣密度、增加進氣量的一項技術(shù)。期提高空氣密度、增加進氣量的一項技術(shù)。增壓作用：增壓作用：進氣量增加，可相應(yīng)地增加循環(huán)供油進氣量增加，可相應(yīng)地增加循環(huán)供油量，增加發(fā)動機功率。同時，增壓還可以改善燃量，增加發(fā)動機功率。同時，增壓還可以改善燃油經(jīng)濟性。油經(jīng)濟性。渦輪增壓器渦輪增壓器機械增壓器機械增壓器氣波增壓器氣波增壓器渦輪增壓渦輪增壓機械增壓機械增壓 氣波增壓氣波增壓三種基本類型三種基本類型三種增壓器三種增壓器596壓氣機渦輪機在3中發(fā)動機排出的廢氣直接與空氣接觸，利用排氣壓力波使空氣

2、受到壓縮以提高進氣壓力。這種增壓器只能在低速范圍內(nèi)使用，多用于柴油機上，因柴油機最高轉(zhuǎn)速比較低。一、機械增壓器：一、機械增壓器：動力動力：由發(fā)動機曲軸：由發(fā)動機曲軸1經(jīng)齒輪增速器經(jīng)齒輪增速器5驅(qū)動（圖驅(qū)動（圖a），或由曲軸齒形傳動帶輪經(jīng)齒形傳動帶），或由曲軸齒形傳動帶輪經(jīng)齒形傳動帶9及及電磁離合器電磁離合器6驅(qū)動。驅(qū)動。優(yōu)點優(yōu)點：能有效提高發(fā)動機功率，與渦輪增壓相：能有效提高發(fā)動機功率，與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。其變工況的瞬態(tài)響比，其低速增壓效果更好。其變工況的瞬態(tài)響應(yīng)性好，加速性好，尤其是低速時加速性好。應(yīng)性好，加速性好，尤其是低速時加速性好。缺點缺點：燃油經(jīng)濟性較差。：燃油經(jīng)濟性

3、較差。應(yīng)用應(yīng)用：一般適用于小型汽油機或與渦輪增壓器：一般適用于小型汽油機或與渦輪增壓器復(fù)合使用。復(fù)合使用。 二、渦輪增壓器二、渦輪增壓器組成組成：由渦輪機和壓氣機構(gòu)成。：由渦輪機和壓氣機構(gòu)成。工作原理工作原理：將發(fā)動機發(fā)出的廢氣引入渦輪機，：將發(fā)動機發(fā)出的廢氣引入渦輪機，廢氣的能量推動渦輪機葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與廢氣的能量推動渦輪機葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與其同軸安裝的壓氣機葉輪工作，新鮮空氣在其同軸安裝的壓氣機葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機內(nèi)增壓后進入氣缸。壓氣機內(nèi)增壓后進入氣缸。優(yōu)點優(yōu)點：燃油經(jīng)濟性好，并可大幅度降低有害氣：燃油經(jīng)濟性好，并可大幅度降低有害氣體的排放和噪聲水平。體的排放和噪聲水平。缺點缺點

4、：低速時排氣能量低，增壓效果差，低速：低速時排氣能量低，增壓效果差，低速加速性能較差。加速性能較差。三、氣波增壓器三、氣波增壓器 優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，工作溫度不高，：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，工作溫度不高，不需耐熱材料無需冷卻。與渦輪增壓相比，不需耐熱材料無需冷卻。與渦輪增壓相比，其低速轉(zhuǎn)矩特性好。其低速轉(zhuǎn)矩特性好。缺點缺點：體積大，噪聲水平高，安裝位置受到一：體積大，噪聲水平高，安裝位置受到一定的限制。定的限制。應(yīng)用應(yīng)用：多用于柴油機上。：多用于柴油機上。汽油機增壓比柴油機增壓困難的主要原因是：汽油機增壓比柴油機增壓困難的主要原因是： 1)汽油機增壓后爆燃傾向增加。汽油機增壓后爆燃傾向增

5、加。 2)由于汽油機混合氣的過量空氣系數(shù)小，燃燒由于汽油機混合氣的過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，因此增壓之后汽油機和渦輪增壓器的熱溫度高，因此增壓之后汽油機和渦輪增壓器的熱負(fù)荷大。負(fù)荷大。 3)車用汽油機工況變化頻繁，轉(zhuǎn)速和功率范圍車用汽油機工況變化頻繁，轉(zhuǎn)速和功率范圍寬廣，致使渦輪增壓器與汽油機的匹配相當(dāng)困難。寬廣，致使渦輪增壓器與汽油機的匹配相當(dāng)困難。 4)渦輪增壓汽油機的加速性較差。當(dāng)節(jié)氣門突渦輪增壓汽油機的加速性較差。當(dāng)節(jié)氣門突然開大要求混合氣量迅速增加時，卻由于增壓器然開大要求混合氣量迅速增加時，卻由于增壓器轉(zhuǎn)子的慣性，使增壓器加速遲緩，轉(zhuǎn)子的慣性，使增壓器加速遲緩，發(fā)動機進氣發(fā)動機進

6、氣量的增加將滯后一段時間。完全消除渦輪增壓器量的增加將滯后一段時間。完全消除渦輪增壓器對發(fā)動機工況變化的響應(yīng)滯后現(xiàn)象比較困難。對發(fā)動機工況變化的響應(yīng)滯后現(xiàn)象比較困難。為克服汽油機增壓的困難在汽油機增壓系統(tǒng)中為克服汽油機增壓的困難在汽油機增壓系統(tǒng)中采取的措施采取的措施： 1)在電控汽油噴射式發(fā)動機上實行汽油機增在電控汽油噴射式發(fā)動機上實行汽油機增壓，成功地擺脫了化油器式發(fā)動機與渦輪增壓，成功地擺脫了化油器式發(fā)動機與渦輪增壓器匹配的困難。壓器匹配的困難。 2)應(yīng)用點火提前角自適應(yīng)控制，來克服因增應(yīng)用點火提前角自適應(yīng)控制，來克服因增壓而增加的爆燃傾向。壓而增加的爆燃傾向。 3)對增壓后的空氣進行中間

7、冷卻。增壓后空對增壓后的空氣進行中間冷卻。增壓后空氣溫度升高，密度減小，如溫度過高，會減氣溫度升高，密度減小，如溫度過高，會減少進氣量，削弱增壓效果，可能引起發(fā)動機少進氣量，削弱增壓效果，可能引起發(fā)動機爆燃。爆燃。 4)采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置。采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置。一、機械增壓系統(tǒng) 圖中，機械增壓器圖中，機械增壓器6為羅茨式壓氣機，由為羅茨式壓氣機，由曲軸帶輪曲軸帶輪12經(jīng)傳動帶和電磁離合器帶輪經(jīng)傳動帶和電磁離合器帶輪11驅(qū)驅(qū)動。動。 當(dāng)發(fā)動機在小負(fù)荷下工作時，電控單元當(dāng)發(fā)動機在小負(fù)荷下工作時，電控單元ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器3的信號使電磁離的信號使電磁離合器斷電，增壓器停

8、止工作。與此同時，使合器斷電，增壓器停止工作。與此同時，使進氣旁通閥進氣旁通閥5通電而開啟，即在不增壓的前提通電而開啟，即在不增壓的前提下，空氣經(jīng)旁通閥下，空氣經(jīng)旁通閥5以及旁通管路進入氣缸。以及旁通管路進入氣缸。 帶中冷器和點火提前角控制（不發(fā)生爆燃）。帶中冷器和點火提前角控制（不發(fā)生爆燃）。 二、二、機機械械增增壓壓器器羅茨式壓氣機最廣為人知，其結(jié)構(gòu)如圖75所示。 1、構(gòu)造、構(gòu)造：它由轉(zhuǎn)子：它由轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子軸4、傳動齒輪、傳動齒輪7、殼體殼體9、后蓋、后蓋5和齒輪室罩和齒輪室罩8等組成。等組成。l2、驅(qū)動、驅(qū)動：在壓氣機前端裝有電磁離合器：在壓氣機前端裝有電磁離合器2及及電磁離合器

9、帶輪電磁離合器帶輪1。有兩個轉(zhuǎn)子。發(fā)動機曲。有兩個轉(zhuǎn)子。發(fā)動機曲軸帶輪經(jīng)傳動帶、電磁離合器帶輪軸帶輪經(jīng)傳動帶、電磁離合器帶輪1和電磁和電磁離合器離合器2驅(qū)動其中一個轉(zhuǎn)子，而另一個轉(zhuǎn)子驅(qū)動其中一個轉(zhuǎn)子，而另一個轉(zhuǎn)子由傳動齒輪由傳動齒輪7帶動帶動 3、分類、分類：羅茨式壓氣機有兩葉（直線型）：羅茨式壓氣機有兩葉（直線型）和三葉（螺旋型）之分。三葉轉(zhuǎn)子有較低的和三葉（螺旋型）之分。三葉轉(zhuǎn)子有較低的工作噪聲及較好的增壓器特性。工作噪聲及較好的增壓器特性。羅茨式壓氣機圖7-6a二葉直線型轉(zhuǎn)子 圖7-6b三葉螺旋型轉(zhuǎn)子l4、工作原理：、工作原理：當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空氣從壓當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空氣從壓氣機入口吸入，在

10、轉(zhuǎn)子葉片的推動下空氣機入口吸入，在轉(zhuǎn)子葉片的推動下空氣被加速，然后從壓氣機出口壓出。出氣被加速，然后從壓氣機出口壓出。出口與進口的壓力比可達(dá)口與進口的壓力比可達(dá)1.8，供氣量與轉(zhuǎn)，供氣量與轉(zhuǎn)速成正比。速成正比。三、電磁離合器三、電磁離合器 電磁離合器安裝在傳動帶輪電磁離合器安裝在傳動帶輪1中，結(jié)構(gòu)如圖示。中，結(jié)構(gòu)如圖示。傳動帶輪傳動帶輪1與主動板與主動板2固連接在一起，從動摩擦片固連接在一起，從動摩擦片6花花鍵套鍵套5固連接在一起。固連接在一起。 電控單元根據(jù)發(fā)動機工況的需要，發(fā)出接通或電控單元根據(jù)發(fā)動機工況的需要，發(fā)出接通或切斷電磁離合器電源的指令，以控制增壓器的工作。切斷電磁離合器電源的指

11、令，以控制增壓器的工作。 當(dāng)接通電源時，電磁線圈當(dāng)接通電源時，電磁線圈3通電，主動板通電，主動板2吸引吸引從動摩擦片從動摩擦片6，使離合器處于結(jié)合狀態(tài)，增壓器工，使離合器處于結(jié)合狀態(tài)，增壓器工作。作。 當(dāng)切斷電源時，電磁線圈斷電，主動板與從動當(dāng)切斷電源時，電磁線圈斷電，主動板與從動摩擦片分開，增壓器停止轉(zhuǎn)動。摩擦片分開，增壓器停止轉(zhuǎn)動。一、渦輪增壓系統(tǒng)一、渦輪增壓系統(tǒng)有單渦輪和雙渦輪兩種有單渦輪和雙渦輪兩種虛線部分為渦輪增壓器 分類：分類：渦輪增壓系統(tǒng)分單渦輪增壓系統(tǒng)和雙渦渦輪增壓系統(tǒng)分單渦輪增壓系統(tǒng)和雙渦輪增壓系統(tǒng)。輪增壓系統(tǒng)。 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：渦輪增壓系統(tǒng)渦輪增壓系統(tǒng) 除包括渦輪增壓器之外，除

12、包括渦輪增壓器之外，還包括進氣旁通閥還包括進氣旁通閥1、排氣旁通閥、排氣旁通閥9和排氣旁通閥控和排氣旁通閥控制裝置制裝置10等，如圖示。等，如圖示。 六缸電控汽油噴射式汽油機常采用雙渦輪增壓六缸電控汽油噴射式汽油機常采用雙渦輪增壓系統(tǒng)，如圖示。其中，不連續(xù)發(fā)火的系統(tǒng)，如圖示。其中，不連續(xù)發(fā)火的1、2、3缸作為缸作為一組，一組，4、5、6缸作為另一組，每組三個氣缸的排氣缸作為另一組，每組三個氣缸的排氣驅(qū)動一個渦輪增壓器。驅(qū)動一個渦輪增壓器。 此系統(tǒng)除包括渦輪增壓器此系統(tǒng)除包括渦輪增壓器9、進氣旁通閥、進氣旁通閥2、排、排氣旁通閥氣旁通閥10及排氣旁通閥控制裝置及排氣旁通閥控制裝置11之外，還包括

13、之外，還包括中冷器中冷器3、諧振室、諧振室4和增壓壓力傳感器和增壓壓力傳感器5等。等。進氣過程具有的間歇性和周期性使進氣支管內(nèi)產(chǎn)生一定幅度的壓力波。此壓力波以當(dāng)?shù)芈曀僭谶M氣系統(tǒng)內(nèi)傳播和往復(fù)反射。諧振室4使其自振頻率與氣門的進氣周期調(diào)諧，在特定的轉(zhuǎn)速下在進氣門關(guān)閉之前，在進氣支管內(nèi)產(chǎn)生大幅度的壓力波，使進氣支管的壓力增高而增加進氣量.二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理組成:離心式壓氣機徑流式渦輪機中間體14增壓器軸5通過兩個浮動軸承9支承在中間體14內(nèi)左端壓氣機右端渦輪機1離心式壓氣機離心式壓氣機車用渦輪增壓器三部分組成車用渦輪增壓器三部分組成離心式壓氣機離心式壓氣機徑

14、流式渦輪機徑流式渦輪機中間體中間體擴壓管分?jǐn)U壓管分葉片式和無葉式兩種葉片式和無葉式兩種。無葉式擴壓管。無葉式擴壓管實際上是由蝸殼和中間體側(cè)壁所形成的環(huán)形空實際上是由蝸殼和中間體側(cè)壁所形成的環(huán)形空間，其構(gòu)造簡單，工況變化對壓氣機效率的影間，其構(gòu)造簡單，工況變化對壓氣機效率的影響很小，適于車用增壓器。葉片式擴壓管是由響很小，適于車用增壓器。葉片式擴壓管是由相鄰葉片構(gòu)成的流道，其擴壓比大，效率高，相鄰葉片構(gòu)成的流道，其擴壓比大，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況變化對壓氣機效率有較大的但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況變化對壓氣機效率有較大的影響。影響。2.徑流式渦輪機徑流式渦輪機3.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 將發(fā)動機排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功。

15、排氣將發(fā)動機排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功。排氣經(jīng)蝸殼引導(dǎo)進入葉片式噴管經(jīng)蝸殼引導(dǎo)進入葉片式噴管3。噴管是相鄰的。噴管是相鄰的漸縮形流道，排氣流過噴管時壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯訚u縮形流道，排氣流過噴管時壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。噴管流出的高速氣流沖擊葉輪能。噴管流出的高速氣流沖擊葉輪1，并在葉，并在葉片片2所形成的流道中繼續(xù)膨脹作功，推動葉輪所形成的流道中繼續(xù)膨脹作功，推動葉輪旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。 渦輪機的蝸殼引導(dǎo)發(fā)動機排氣以一定的角渦輪機的蝸殼引導(dǎo)發(fā)動機排氣以一定的角度進入渦輪機葉輪，并將排氣的壓力能和熱能度進入渦輪機葉輪，并將排氣的壓力能和熱能部分地轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。部分地轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋?安裝在增壓器軸上的渦輪機葉輪、壓氣機葉輪和

16、安裝在增壓器軸上的渦輪機葉輪、壓氣機葉輪和密封套等組成。密封套等組成。4增壓器軸承增壓器軸承 車用發(fā)動機增壓器軸承采用浮動軸承，實車用發(fā)動機增壓器軸承采用浮動軸承，實際是套在軸上的圓環(huán)，圓環(huán)與軸以及圓環(huán)與際是套在軸上的圓環(huán)，圓環(huán)與軸以及圓環(huán)與軸承座之間都有間隙，形成雙層油膜，圓環(huán)軸承座之間都有間隙，形成雙層油膜，圓環(huán)浮在軸與軸承座之間。在增壓器工作時，圓浮在軸與軸承座之間。在增壓器工作時，圓環(huán)在軸與軸承座之間緩慢轉(zhuǎn)動。環(huán)在軸與軸承座之間緩慢轉(zhuǎn)動。 增壓器工作時產(chǎn)生軸向推力，由設(shè)置在壓增壓器工作時產(chǎn)生軸向推力，由設(shè)置在壓氣機一側(cè)的推力軸承承受。氣機一側(cè)的推力軸承承受。三、增壓壓力的調(diào)節(jié)三、增壓壓

17、力的調(diào)節(jié) 渦輪增壓系統(tǒng)中的排氣旁通閥渦輪增壓系統(tǒng)中的排氣旁通閥3受控制受控制膜盒膜盒1控制?？刂颇ず兄械哪て瑢⑵浞殖勺笫铱刂??？刂颇ず兄械哪て瑢⑵浞殖勺笫矣沂摇Ｓ沂彝ㄟ^連通管右室。右室通過連通管11與壓氣機出口相通，與壓氣機出口相通，左室通大氣，其中的彈簧預(yù)緊力向右作用，左室通大氣，其中的彈簧預(yù)緊力向右作用，當(dāng)壓氣機出口壓力大于彈簧預(yù)緊力時，經(jīng)過當(dāng)壓氣機出口壓力大于彈簧預(yù)緊力時，經(jīng)過連動桿連動桿2迫使排氣旁通閥打開，控制增壓壓力迫使排氣旁通閥打開，控制增壓壓力不超過限定值。不超過限定值。l 現(xiàn)代發(fā)動機的電控單元根據(jù)壓氣機出口現(xiàn)代發(fā)動機的電控單元根據(jù)壓氣機出口處增壓壓力傳感器大小控制電磁閥通電或斷處增壓壓力傳感器大小控制電磁閥通電或斷電，以開閉排氣旁通閥。電，以開閉排氣旁通閥。四、渦輪增壓器的潤滑及冷卻四、渦輪增壓器的潤滑及冷卻l 來自發(fā)動機潤滑系統(tǒng)主油道的機油，經(jīng)來自發(fā)動機潤滑系統(tǒng)主油道的機油，經(jīng)增壓器中間體上的機油進口增壓器中間體上的機油進口1進入增壓器，進入增壓器，潤滑與冷卻增壓器軸與軸承，然后，機油經(jīng)潤滑