第七章車用發(fā)動機(jī)的增壓系統(tǒng)

第七章車用發(fā)動機(jī)的增壓系統(tǒng)1概述2機(jī)械增壓3渦輪增壓第一節(jié)概述將空氣預(yù)先壓縮后供入氣缸，以增加進(jìn)氣質(zhì)量、從而增加循環(huán)供油量（多噴油），進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)動力性；增壓還能夠改善發(fā)動機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。增壓的目的廢氣渦輪增壓（簡稱渦輪增壓）、機(jī)械增壓和氣波增壓等。對應(yīng)的增壓器分別為：廢氣渦輪增壓器、機(jī)械增壓器和氣波增壓器。增壓的基本類型一、機(jī)械增壓能夠有效提高發(fā)動機(jī)功率，與渦輪增壓相比，低速增壓效果更好。機(jī)械增壓器（壓氣機(jī)）與發(fā)動機(jī)直接機(jī)械聯(lián)系，變工況下的瞬態(tài)響應(yīng)性好，加速性好，尤其是低速時加速性好。機(jī)械增壓器由發(fā)動機(jī)驅(qū)動，消耗功率，因此燃油經(jīng)濟(jì)性降低。適用于小型汽油機(jī)或與渦輪增壓器復(fù)合使用。羅茨式壓氣機(jī)工作原理：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空氣從壓氣機(jī)入口吸入，在轉(zhuǎn)子葉片的推動下空氣被加速而升高壓力，然后從壓氣機(jī)出口壓出。增壓比：出口壓力與進(jìn)口壓力之比，通?？蛇_(dá)1.8；羅茨壓氣機(jī)的供氣量與轉(zhuǎn)速成正比。羅茨式壓氣機(jī)渦輪增壓優(yōu)點(diǎn)：燃油經(jīng)濟(jì)性好，可大幅降低有害氣體排放和噪聲水平；缺點(diǎn)：低速時排氣能量低，增壓效果差，低速加速性能較差。渦輪增壓器:由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)構(gòu)成將發(fā)動機(jī)排出的廢氣引入渦輪機(jī)，廢氣的能量推動渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與其同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機(jī)內(nèi)增壓后進(jìn)入氣缸。排氣管中冷器壓氣機(jī)殼噴嘴環(huán)渦輪轉(zhuǎn)子軸進(jìn)氣管

廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪殼的噴嘴環(huán)，壓力和溫度下降，而速度提高，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)。渦輪帶動壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速高達(dá)10萬-20萬轉(zhuǎn)/分空氣經(jīng)濾清器后進(jìn)入壓氣機(jī)，被壓氣機(jī)葉輪甩向外緣，使其速度和壓力增加，然后經(jīng)過進(jìn)口小出口大的擴(kuò)壓器和壓氣機(jī)蝸殼，使氣流的流速下降，壓力升高。增壓比k：壓力升高比，壓氣機(jī)出口壓力與進(jìn)口壓力之比。增壓比升高，空氣溫度隨之升高，空氣密度的增長率會因之下降，并加大了柴油機(jī)零件的熱負(fù)荷。

加裝中間冷卻器：以降低進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣溫度，使充氣密度增大。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(jī)和徑流式渦輪機(jī)及中間體三部分組成。增壓器軸通過兩個浮動軸承支承在中間體內(nèi)。中間體內(nèi)有潤滑和冷卻軸承的油道，還有密封裝置等。1、徑流式渦輪機(jī)渦輪機(jī)作用是將發(fā)動機(jī)排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。徑流式渦輪機(jī)由渦殼、噴管、葉輪和出氣道等組成。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?。壓氣機(jī)包括離心式（徑流式）和軸流式兩大類。徑流式：壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)時，空氣經(jīng)進(jìn)氣道進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪，并在離心力的作用下沿壓氣機(jī)葉片1之間形成的流道從葉輪中心流向葉輪的周邊?？諝鈴男D(zhuǎn)的葉輪獲得能量，使其流速、壓力和溫度均有較大的提高，然后進(jìn)入葉片式擴(kuò)壓管3。擴(kuò)壓管為漸擴(kuò)形流道，空氣流過擴(kuò)壓管時減速增壓，溫度也有所提高。在擴(kuò)壓管中，空氣所具有的大部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋?壓氣機(jī)增壓后發(fā)動機(jī)性能的變化采用廢氣渦輪增壓后，發(fā)動機(jī)性能在以下幾個方面得到改善：1.功率提高功率提高與增壓比直接相關(guān)，可增加50～200％，甚至更高。2.機(jī)械效率提高

3．經(jīng)濟(jì)性提高增壓使進(jìn)氣壓力提高，改善了掃氣效果和燃燒條件，且發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率又有提高，因而使燃油消耗率顯著降低。

增壓后，發(fā)動機(jī)燃燒壓力升高，各摩擦面上的摩擦損失增加，但由于發(fā)動機(jī)功率增加明顯，因此機(jī)械效率有所提高。增壓發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)增壓后，發(fā)動機(jī)機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷提高，因此發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)也應(yīng)該相應(yīng)地改變：1．適當(dāng)減少壓縮比。防止燃燒壓力過大，以保證發(fā)動機(jī)工作可靠，延長使用壽命；但也不能太低。2．供油系統(tǒng)的變化。增壓后進(jìn)氣量增加，供油量也隨之增加，噴油壓力增大，因此應(yīng)加大噴油器的噴孔直徑。此外，增壓后壓縮壓力和溫度增加，使燃料著火落后期縮短，為防止最大燃燒壓力過高，應(yīng)適當(dāng)減小供油提前角；但如供油提前角過小，會使燃燒惡化。

2、并聯(lián)式復(fù)合增壓系統(tǒng)：由機(jī)械增壓器和渦輪增壓器同時向發(fā)動機(jī)供給增壓后的空氣。在低速范圍內(nèi)主要靠機(jī)械增壓，而在高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)主要靠渦輪增壓。這種增壓系統(tǒng)使發(fā)動機(jī)低速時轉(zhuǎn)矩特性得到改善。1、串聯(lián)式復(fù)合增壓系統(tǒng)：空氣先經(jīng)過渦輪增壓器提高壓力后，進(jìn)入中間冷卻器降溫，再經(jīng)機(jī)械增壓器增壓。這種增壓方式主要用于高增壓發(fā)動機(jī)上。復(fù)合增壓系統(tǒng)四、汽油機(jī)增壓的困難1、進(jìn)氣系統(tǒng)中節(jié)氣門的存在使得發(fā)動機(jī)在低速小負(fù)荷時壓氣機(jī)容易發(fā)生喘振—渦輪增壓的困難。2、汽油機(jī)增壓后爆燃傾向增加。3、汽油機(jī)混合氣過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，增壓后發(fā)動機(jī)和渦輪增壓器的熱負(fù)荷高。4、汽油機(jī)轉(zhuǎn)速高，范圍廣，發(fā)動機(jī)和增壓器匹配困難。5、渦輪增壓汽油機(jī)的加速性較差（增壓器葉輪的慣性），尤其是低速加速性差。五、電控汽油噴射式汽油機(jī)普及增壓的原因電控技術(shù)的應(yīng)用，可以方便地對汽油機(jī)增壓系統(tǒng)進(jìn)行爆燃控制（即點(diǎn)火提前角控制）、放氣控制（即增壓壓力控制）和排放控制，因此克服了發(fā)動機(jī)和增壓器匹配的困難。1、爆燃控制：采用點(diǎn)火提前角自適應(yīng)控制系統(tǒng)，克服由于增壓而增加的爆燃傾向。利用爆震傳感器檢測爆燃信息，并傳送給ECU，ECU發(fā)出指令推遲點(diǎn)火時刻以消除爆震。待爆震消除后，自適應(yīng)地加大點(diǎn)火提前角，使發(fā)動機(jī)在最理想的狀況下工作。2、放氣控制：采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置，有進(jìn)氣旁通閥和排氣旁通閥以及控制膜盒。大負(fù)荷高轉(zhuǎn)速時：廢氣能量大，增壓器轉(zhuǎn)速高，增壓壓力高；低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷時：廢氣能量小，增壓器轉(zhuǎn)速低，增壓壓力低。因此，若增壓器按高速大負(fù)荷設(shè)計，則低速小負(fù)荷時發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩小，加速性差。3、增壓中冷：