《汽車增壓技術(shù)》PPT課件.ppt

1、第七章 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)增壓,第一節(jié) 概述,一、增壓的目的是通過將空氣預(yù)先壓縮后供入氣缸，增加進(jìn)氣質(zhì)量，相應(yīng)地增加循環(huán)供油量，從而可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 二、增壓的基本類型分渦輪增壓、機(jī)械增壓、氣波增壓三種，對(duì)應(yīng)的增壓器稱渦輪增壓器、機(jī)械增壓器、氣波增壓器（不講）。,1、渦輪增壓器： 由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)構(gòu)成。 將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的廢氣引入渦輪機(jī)，廢氣的能量推動(dòng)渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)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。 渦輪增壓的最大優(yōu)點(diǎn)是燃油經(jīng)濟(jì)性好，并可大幅度降低有害氣體的排放和噪聲水平。缺點(diǎn)是低速時(shí)排氣能量低，增壓效果差，低速加速性能較差。,2、機(jī)械增壓器：由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸1經(jīng)齒輪

2、增速器5驅(qū)動(dòng)（圖a），或由曲軸齒形傳動(dòng)帶輪經(jīng)齒形傳動(dòng)帶9及電磁離合器6驅(qū)動(dòng)。,機(jī)械增壓能有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。由于機(jī)械增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)直接機(jī)械聯(lián)系，因此，其變工況的瞬態(tài)響應(yīng)性好，加速性好，尤其是低速時(shí)加速性好。但發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓器要消耗輸出功率，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性較差。一般適用于小型汽油機(jī)或與渦輪增壓器復(fù)合使用。,三、復(fù)合增壓系統(tǒng) 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(dòng)機(jī)上。 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(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)供給增壓后的空氣。在低速范圍內(nèi)主要

3、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(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性得到改善。,1、進(jìn)氣系統(tǒng)中節(jié)氣門的存在使得發(fā)動(dòng)機(jī)在低速小負(fù)荷時(shí)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)混合氣的過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，增壓后發(fā)動(dòng)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(dòng)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。,四、汽油機(jī)增壓的困難：,1、爆燃控制：應(yīng)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(cè)爆燃信息，并傳送給ECU，電控單元?jiǎng)t發(fā)出指令推遲點(diǎn)火時(shí)刻以消除爆震。

4、待爆震消除后，自適應(yīng)地加大點(diǎn)火提前角，使發(fā)動(dòng)機(jī)在最理想的狀況下工作。,五、電控汽油噴射式汽油機(jī)普及增壓的原因 克服了發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓器匹配的困難。電控技術(shù)的應(yīng)用，可以方便地對(duì)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。,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。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速時(shí)，廢氣能量大，增壓器轉(zhuǎn)速高，增壓壓力高；而低轉(zhuǎn)速、小負(fù)荷時(shí)，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(jì)，則低速、小負(fù)荷時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩小，加速性差。因此，轎車用發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速一般為標(biāo)定轉(zhuǎn)速的40%，為了

5、限,制高轉(zhuǎn)速時(shí)的過高的增壓壓力（發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷過大并發(fā)生爆燃），必須采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置，其工作原理見第三節(jié)。,3、增壓中冷：增壓后的空氣溫度升高，一則發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣密度下降，輸出功率降低；二則還會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃。因此，對(duì)增壓后的空氣進(jìn)行冷卻，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率、降低燃油消耗率、降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷和減輕發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃傾向都有利。這是通過在壓氣機(jī)后面連接一個(gè)中冷器實(shí)現(xiàn)的。在高增壓柴油機(jī)上的增壓系統(tǒng)中也設(shè)有中冷器。,第二節(jié) 機(jī)械增壓,一、機(jī)械增壓系統(tǒng),圖中，機(jī)械增壓器6為羅茨式壓氣機(jī)，由曲軸帶輪12經(jīng)傳動(dòng)帶和電磁離合器帶輪11驅(qū)動(dòng)。,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷下工作時(shí)，電控單元ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器3的信

6、號(hào)使電磁離合器斷電，增壓器停止工作。與此同時(shí)，使進(jìn)氣旁通閥5通電而開啟，即在不增壓的前提下，空氣經(jīng)旁通閥5以及旁通管路進(jìn)入氣缸。 帶中冷器和點(diǎn)火提前角控制（不發(fā)生爆燃）。,二、機(jī)械增壓器,羅茨式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)如圖示。,它由轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)子軸4、傳動(dòng)齒輪7、殼體9、后蓋5和齒輪室罩8等組成。,在壓氣機(jī)前端裝有電磁離合器2及電磁離合器帶輪1。有兩個(gè)轉(zhuǎn)子。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動(dòng)帶、電磁離合器帶輪1和電磁離合器2驅(qū)動(dòng)其中一個(gè)轉(zhuǎn)子，而另一個(gè)轉(zhuǎn)子由傳動(dòng)齒輪7帶動(dòng)。,羅茨式壓氣機(jī)有兩葉（直線型）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。,羅茨式壓氣機(jī)工作原理如圖示。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣從壓氣機(jī)入

7、口吸入，在轉(zhuǎn)子葉片的推動(dòng)下空氣被加速，然后從壓氣機(jī)出口壓出。出口與進(jìn)口的壓力比可達(dá)1.8，供氣量與轉(zhuǎn)速成正比。,三、電磁離合器 電磁離合器安裝在傳動(dòng)帶輪1中，結(jié)構(gòu)如圖示。,傳動(dòng)帶輪1與主動(dòng)板2固連接在一起，從動(dòng)摩擦片6與花鍵套5固連接在一起。,電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)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(dāng)接通電源時(shí)，電磁線圈3通電，主動(dòng)板2吸引從動(dòng)摩擦片6，使離合器處于結(jié)合狀態(tài)，增壓器工作。 當(dāng)切斷電源時(shí)，電磁線圈斷電，主動(dòng)板與從動(dòng)摩擦片分開，增壓器停止轉(zhuǎn)動(dòng)。,第三節(jié) 渦輪增壓,一、渦輪增壓系統(tǒng),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)。 渦輪增壓系統(tǒng) 除包括渦

8、輪增壓器之外，還包括進(jìn)氣旁通閥1、排氣旁通閥9和排氣旁通閥控制裝置10等，如圖示。,六缸電控汽油噴射式汽油機(jī)常采用雙渦輪增壓系統(tǒng)，如圖示。其中，不連續(xù)發(fā)火的1、2、3缸作為一組，4、5、6缸作為另一組，每組三個(gè)氣缸的排氣驅(qū)動(dòng)一個(gè)渦輪增壓器。,此系統(tǒng)除包括渦輪增壓器9、進(jìn)氣旁通閥2、排氣旁通閥10及排氣旁通閥控制裝置11之外，還包括中冷器3、諧振室4和增壓壓力傳感器5等。,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(jī)和徑流式渦輪機(jī)及中間體三部分組成。增壓器軸5通過兩個(gè)浮動(dòng)軸承9支承在中間體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(jī)或渦輪機(jī)中的密封裝置等。,離

9、心式壓氣機(jī)由進(jìn)氣道6、壓氣機(jī)葉,輪3、無葉式擴(kuò)壓管2及壓氣機(jī)渦殼1等組成。,當(dāng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣經(jīng)進(jìn)氣道進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪，并在離心離的作用下沿著壓氣機(jī)葉片1之間形成的流道，從葉輪中心流向葉輪的周邊。空氣從旋轉(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(shí)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(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋?擴(kuò)壓管分葉片式和無葉片式兩種，右圖為葉片式，而無葉片式擴(kuò)壓管就是由渦殼和中間體側(cè)壁所形成的環(huán)形空間，如圖7-11所示。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工況變化對(duì)壓氣機(jī)效率的影響很小，適用于車用增壓器。葉片式擴(kuò)壓管優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)壓比大

10、，壓氣機(jī)效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況變化對(duì)壓氣機(jī)效率有較大的影響。,渦殼的作用是收集從擴(kuò)壓管中流出的空氣，將其引向壓氣機(jī)出口，空氣在渦殼中繼續(xù)減速增壓，完成由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ艿倪^程。壓氣機(jī)葉輪由鋁合金精密鑄造，渦殼也用鋁合金鑄造。,2、徑流式渦輪機(jī),渦輪機(jī)作用是將發(fā)動(dòng)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。 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)渦殼引導(dǎo)進(jìn)入葉片式噴管3。噴管是由相鄰葉片之間構(gòu)成的減縮形流道。排氣流過噴管時(shí)降壓、降溫、增速、膨脹，使排氣,的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。從噴管高速流出的廢氣沖擊葉輪1，并在葉片2所形成的流道中繼續(xù)膨脹做功，推動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)。,渦輪機(jī)的噴管也有葉片式和無葉片

11、式之分。現(xiàn)代車用徑流式渦輪機(jī)多采用無葉式噴管。此時(shí)，渦輪機(jī)的渦殼除具有引導(dǎo)廢氣以一定角度進(jìn)入渦輪機(jī)葉輪的功能外，還具有將排氣的壓力能和熱能部分地轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能的作用。,渦輪機(jī)葉輪工作溫度經(jīng)常在900CA左右，并承受巨大的離心慣性力作用，所以采用鎳基耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。陶瓷材料重量減輕2/3，可使渦輪增壓加速滯后的問題大大改善，但耐熱沖擊性能差。,噴管葉片用耐熱和抗腐蝕的合金鋼鑄造或機(jī)械加工成形。,渦殼用耐熱合金鑄鐵鑄造，內(nèi)表面應(yīng)光潔。,3、轉(zhuǎn)子 渦輪機(jī)葉輪、壓氣機(jī)葉輪和密封套等零件安裝在增壓器軸上，構(gòu)成增壓器轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)速高達(dá)10萬20萬轉(zhuǎn)/分，因此，必須經(jīng)過動(dòng)平衡檢驗(yàn)、調(diào)整。增壓器軸一般用韌

12、性好、強(qiáng)度高的合金鋼40Cr或18CrNiWA制造。,4、增壓器軸承 車用發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器軸承采用浮動(dòng)軸承，實(shí)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)浮在軸與軸承座之間。在增壓器工作時(shí)，圓環(huán)在軸與軸承座之間緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。 增壓器工作時(shí)產(chǎn)生軸向推力，由設(shè)置在壓氣機(jī)一側(cè)的推力軸承承受。,三、增壓壓力的調(diào)節(jié) 渦輪增壓系統(tǒng)中的排氣旁通閥3受控制膜盒1控制。控制膜盒中的膜片將其分成左室右室。右室通過連通管11與壓氣機(jī)出口相通，左室通大氣，其中的彈簧預(yù)緊力向右作用，當(dāng)壓氣機(jī)出口壓力大于彈簧預(yù)緊力時(shí)，經(jīng)過連動(dòng)桿2迫使排氣旁通閥打開，控制增壓壓力不超過限定值。,進(jìn)氣旁通閥是在發(fā)動(dòng)機(jī)在低速小負(fù)荷、渦輪增壓器不工作時(shí)工作（打開）的，向氣缸內(nèi)補(bǔ)充空氣。當(dāng)渦輪增壓器工作時(shí)，壓氣機(jī)出口壓力克服進(jìn)氣旁通閥膜片內(nèi)側(cè)的彈簧預(yù)緊力而關(guān)閉。,現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的電控單元根據(jù)壓氣機(jī)出口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。,四、渦輪增壓器的潤滑與冷卻,來自發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)主油道的機(jī)油，經(jīng)增壓器中間體上的機(jī)油進(jìn)口1進(jìn)入增