汽車發(fā)動機增壓1課件

1、汽車構(gòu)造電子教案第七章 車用發(fā)動機的增壓系統(tǒng)10/13/20221汽車構(gòu)造電子教案第七章 車用發(fā)動機的增壓系統(tǒng)10/第一節(jié) 概述 所謂增壓就是將空氣預先壓縮然后再供人氣缸，以期提高空氣密度、增加進氣量的一項技術(shù)。由于進氣量增加，可相應地增加循環(huán)供油量，從而增加發(fā)動機的升功率。同時，增壓不僅可以改善燃油經(jīng)濟性，而且還作為控制排放的有效技術(shù)措施之一而得到廣泛應用。實踐證明，在小型汽車發(fā)動機上采用渦輪增壓或機械增壓后，當汽車以正常的經(jīng)濟車速行駛時，不僅可以獲得良好的燃油經(jīng)濟性，而且還可以有效地降低有害排放物的比排放 (單位功率小時的排放量)。同時，由于發(fā)動機功率增加，還可改善車輛的加速性。 根據(jù)提高

2、進氣密度 (增壓)的方式不同，或驅(qū)動壓氣機的方式不同，增壓發(fā)動機分為機械增壓、廢氣渦輪增壓和氣波增壓等三種基本類型。實現(xiàn)進氣增壓的裝置稱為增壓器。上述三種基本增壓類型所用的增壓器，分別稱為機械增壓器、廢氣渦輪增壓器和氣波增壓器。 10/13/20222哈爾濱工業(yè)大學（威海）第一節(jié) 概述 所謂增壓就是將空氣預先壓縮然后再供人機械增壓器機械增壓器4由發(fā)動機曲軸1經(jīng)齒輪增速器5驅(qū)動(圖7-1a)，或由曲軸齒形傳動帶輪經(jīng)齒形傳動帶9及電磁離合器6驅(qū)動(圖7-1b)。機械增壓能有效地提高發(fā)動機功率，與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。另外，機械增壓器與發(fā)動機容易匹配，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但是，由于驅(qū)動增壓器

3、入消耗發(fā)動機功率，因此燃油消耗率比非增壓發(fā)動機略高。10/13/20223哈爾濱工業(yè)大學（威海）機械增壓器機械增壓器4由發(fā)動機曲軸1經(jīng)齒輪增速器5驅(qū)動(圖7渦輪增壓器渦輪增壓器由渦輪機2和壓氣機3構(gòu)成，如圖7-2所示。將發(fā)動機排出的廢氣引入渦輪機，利用廢氣所包含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，新鮮空氣在壓氣機內(nèi)增壓后進入氣缸(圖7-2)。渦輪增壓的優(yōu)點是經(jīng)濟性比機械增壓和非增壓發(fā)動機好，并可大幅度地降低有害氣體的排放和噪聲水平。渦輪增壓的缺點是低速時轉(zhuǎn)矩增加不多，而且在發(fā)動機工況發(fā)生變化時，瞬態(tài)響應差，致使汽車加速性，特別是低速加速性差。10/13/20224哈爾

4、濱工業(yè)大學（威海）渦輪增壓器渦輪增壓器由渦輪機2和壓氣機3構(gòu)成，如圖7-2所示氣波增壓器氣波增壓器中有一個特殊形狀的轉(zhuǎn)子3，由發(fā)動機曲軸帶輪經(jīng)傳動帶4驅(qū)動(圖7-3)。在轉(zhuǎn)子3中發(fā)動機排出的廢氣直接與空氣接觸，利用空氣壓力波使空氣受到壓縮，以提高進氣壓力。氣波增壓器結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，工作溫度不高，不需要耐熱材料，也無需冷卻。與渦輪增壓相比，其低速轉(zhuǎn)矩特性好，但是體積大，噪聲水平高，安裝位置受到一定的限制。目前，這種增壓器還只能在低速范圍內(nèi)使用。由于柴油機的最高轉(zhuǎn)速比較低，因此多用于柴油機上。10/13/20225哈爾濱工業(yè)大學（威海）氣波增壓器氣波增壓器中有一個特殊形狀的轉(zhuǎn)子3，由發(fā)動機曲軸

5、帶汽油機比柴油機增壓困難的原因汽油機增壓比柴油機增壓要困難的多，其主要原因是:1) 汽油機增壓后爆燃傾向增加。2) 由于汽油機混合氣的過量氣系數(shù)小，燃燒溫度高，因此增壓后汽油機和渦輪增壓器的熱負荷大。3) 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困難。4) 渦輪增壓汽油機的加速性較差。當節(jié)氣門突然開大要求混合氣量迅速增加時，卻由于增壓器轉(zhuǎn)子的慣性，使增壓器加速遲緩，發(fā)動機進氣量的增加將滯后一段時間。完全消除渦輪增壓器對發(fā)動機工況變化的影響滯后現(xiàn)象比較困難。10/13/20226哈爾濱工業(yè)大學（威海）汽油機比柴油機增壓困難的原因汽油機增壓比柴油機增壓要困難的多

6、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壓，解決了發(fā)動機與渦輪增壓器匹配的困難。應用電控技術(shù)可以極其方便地對汽油機增壓系統(tǒng)進行爆燃控制，放氣控制和排放控制等。2) 應用點火提前角自適應控制，來克服由于增壓而增加的爆燃傾向。利用裝在發(fā)動機上的爆燃傳感器檢測爆燃信息，并將其傳輸給電控單元(ECU)，電控單元則發(fā)出指令推遲點火以消除爆燃。待爆燃消除后，自適應地逐步加大點火提前角，使發(fā)動機在比較理想的狀況下工作。3) 對增壓后的空氣進行中間冷卻。這樣對提高功率，降低油耗，降低熱負荷和減輕爆燃都十分有利。4) 采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置。渦輪增壓發(fā)動機的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩小，加速性差。為了獲得低速、大轉(zhuǎn)矩

7、和良好的的加速性，轎車由渦輪增壓的設(shè)計轉(zhuǎn)速常為標定轉(zhuǎn)速的40%。但在高轉(zhuǎn)速時，增壓壓力將會過高，增壓器可能超速。過高的增壓壓力使汽油機熱負荷過大并發(fā)生爆燃，為此必須采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置，以控制增壓壓力。最為簡單而又十分有效的這類裝置是進排氣旁通閥或放氣閥。10/13/20227哈爾濱工業(yè)大學（威海）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壓，解決第二節(jié) 機械增壓機械增壓器根據(jù)壓氣機的工作原理分為機械離心式增壓器、羅茨式增壓器、滑片式增壓器、螺旋式增壓器和轉(zhuǎn)子活塞式增壓器等 (圖7-4)。 10/13/20228哈爾濱工業(yè)大學（威海）第二節(jié) 機械增壓機械增壓器根據(jù)壓氣機的工作原理分為

8、機械離一、機械增壓系統(tǒng)圖7-5所示為電控汽油噴射式發(fā)動機上采用羅茨式壓氣機的羅茨式機械增壓系統(tǒng)的示意圖，由發(fā)動機曲軸帶輪12經(jīng)傳動帶和電磁離合器帶輪II驅(qū)動增壓器6工作。當發(fā)動機在小負荷下運轉(zhuǎn)時不需要增壓，這時電控單元 (ECU)根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器3的信號使電磁離合器斷電，增壓器停止工作。與此同時，電控單元門向進氣旁通閥5通電使其開啟，即在不增壓的情況下，空氣經(jīng)進氣旁通閥5及旁通管路進入氣缸。在進入氣缸之前，空氣先經(jīng)中冷器7降溫。爆燃傳感器9安裝在發(fā)動機機體上，它將發(fā)動機發(fā)生爆燃的信號傳輸給電控單元17，電控單元則發(fā)出相應的指令減小點火提前角，以消除爆燃。10/13/20229哈爾濱工業(yè)大學

9、（威海）一、機械增壓系統(tǒng)圖7-5所示為電控汽油噴射式發(fā)動機上采用羅茨10/13/202210哈爾濱工業(yè)大學（威海）10/11/202210哈爾濱工業(yè)大學（威海）羅茨式壓氣機的轉(zhuǎn)子羅茨式壓氣機的工作原理如圖所示。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空氣從壓氣機人口收入，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。出口與入口的壓力比可達1.8。羅茨式壓氣機結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長，供氣量與轉(zhuǎn)速成正比。10/13/202211哈爾濱工業(yè)大學（威海）羅茨式壓氣機的轉(zhuǎn)子羅茨式壓氣機的工作原理如圖所示。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)羅茨式壓氣機的工作原理羅茨式壓氣機的工作原理如圖7-8所示。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空氣從壓氣機入口吸入，在轉(zhuǎn)子葉片

10、的推動下空氣被加速，然后從壓氣機出口壓出。出口與入口的壓力比可達1.8。10/13/202212哈爾濱工業(yè)大學（威海）羅茨式壓氣機的工作原理羅茨式壓氣機的工作原理如圖7-8所示。三、電磁離合器 機械式增壓器一般由發(fā)動機曲軸來驅(qū)動。為了改善發(fā)動機的低速性能，通過發(fā)動機曲軸驅(qū)動增壓器時，在二者之間設(shè)置增速器 (變速器)(參看圖7-4)，以根據(jù)不同的發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)整最適合的增壓器工作轉(zhuǎn)速，保證發(fā)動機的低速特性。 圖7-9表示安裝在傳動帶輪1中的一種電磁離合器結(jié)構(gòu)。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。當接通電源時，電磁線圈3通電，主動板2吸引從動摩擦片6

11、，使離合器處于接合狀態(tài)，增壓器工作。當切斷電源時，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。10/13/202213哈爾濱工業(yè)大學（威海）三、電磁離合器 機械式增壓器一般由發(fā)動機曲軸來驅(qū)動。為10/13/202214哈爾濱工業(yè)大學（威海）10/11/202214哈爾濱工業(yè)大學（威海）10/13/202215哈爾濱工業(yè)大學（威海）10/11/202215哈爾濱工業(yè)大學（威海）10/13/202216哈爾濱工業(yè)大學（威海）10/11/202216哈爾濱工業(yè)大學（威海）二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理車用渦輪增壓器由離心式壓氣機和徑流式渦輪機及中間體三部分組成。增壓器5通過兩個浮動軸承9支

12、承在中間體14內(nèi)。中間體內(nèi)有潤滑和冷卻軸承的油道，還有防止?jié)櫥吐┤雺簹鈾C或渦輪機中的密封裝置等。10/13/202217哈爾濱工業(yè)大學（威海）二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理車用渦輪增壓器由離心式壓氣機和渦殼的作用是收集從擴壓管流出的空氣，并將其引向壓氣機出口?？諝庠跍u殼中繼續(xù)減速增壓，完成汽油動能向壓力轉(zhuǎn)變的過程。壓氣機葉輪由鋁合金精密鑄造，渦殼也用鋁合金鑄造。渦輪機是將發(fā)動機排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功的裝置。徑流式渦輪機由蝸殼、噴管、葉輪和出氣道等組成 (圖7-14)，蝸殼4的進口與發(fā)動機排氣管相連，發(fā)動機的排氣經(jīng)蝸殼引導進入葉片式噴管3。噴管是由相鄰葉片構(gòu)成的漸縮形流道。排氣流過噴管時降壓、

13、降溫、增速、膨脹，使排氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。由噴管流出的高速氣流沖擊葉輪1，并在葉片2所形成的流道中繼續(xù)膨脹作功，推動葉輪旋轉(zhuǎn)。 10/13/202218哈爾濱工業(yè)大學（威海）渦殼的作用是收集從擴壓管流出的空氣，并將其引向壓氣機出口。空徑流式渦輪機渦輪機是將發(fā)動機排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械裝置。徑流式渦輪機由渦殼，噴管，葉輪和出氣道等組成（圖7-13）。渦殼4的進口與發(fā)動機排氣管相連，發(fā)動機排氣經(jīng)渦殼引導進入葉片式噴管3。噴管是由相鄰葉片構(gòu)成的減縮形流道。排氣流過噴管時降壓，降溫，增速，膨脹，使排氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋Ｓ蓢姽芰鞒龅母咚贇饬鳑_擊葉輪1，并在葉片2所形成的流道中繼續(xù)膨脹做功，推動葉輪旋轉(zhuǎn)。與壓氣機的擴壓管類似，渦輪機的噴管也有葉片式和無葉片式之分?，F(xiàn)代車用徑流式渦輪機多采用無葉片使噴管（參看圖7-11）渦輪機的渦殼除具有引導發(fā)動機排氣以一定的角度進入渦輪機葉輪的功能之外，還有將排氣的壓力能和熱能部分地轉(zhuǎn)變動能的作用。渦輪機葉片經(jīng)常在900攝氏度高溫的排氣沖擊下工作，并承受巨大的離心力的作用，所以采用鎳基耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。用質(zhì)量輕并且耐熱的陶瓷材料可使渦輪機葉輪的重量大約減少三分之二，渦輪增壓加速滯后