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1、目录第一章绪论11.1发动机增压系统发展的背景11.2几种常见的增压器21.2.1机械增压器21.2.2涡轮增压器31.2.3复合式增压器41.2.3惯性增压器41.2.4气波式增压器41.2.5冲压式增压器51.3涡轮增压器的发展6第二章 涡轮增压器82.1涡轮增压器工作原理82.2涡轮增压对发动机的影响112.2.1驾驶技术对涡轮增压发动机油耗的影响分析122.2.2自然进气，废气涡轮进气 对发动机输出功率的影响132.2.3增压与发动机节能162.2.4增压与发动机排放172.2.4涡轮增压技术的进步182.3中国发展涡轮增压器的意义19第三章机械增压器203.1机械增压器的发展203.
2、2国外研究机械增压器的现状213.3机械增压器的工作原理及其特点253.3.1机械增压器工作原理253.3.2发动机的机械增压过程273.3.3机械增压器理论工作过程303.3.4机械增压器实际工作过程313.3.5机械增压器与发动机的基本匹配条件333.4机械增压器对发动机性能的影响35第四章 结论36第一章绪论1.1发动机增压系统发展的背景节能环保是汽车工业可持续发展的必由之路！国外如此，我国更会这样，尽管汽车工业已经成为我国的支柱产业，但节能环保问题正成为制约其快速发展的瓶颈。积极发展节能环保型汽车，符合我国能源供给实际和大众消费水平，有利于缓解能源紧张状况，保护环境，对于落实国家能源发
3、展战略，加快建设资源节约型、环境友好型社会，具有重要意义。而汽车发动机效率低，尾气排放污染环境等问题日益激化，所以汽车增压技术应运而生，发动机增压系统不仅仅可以提高发动机工作效率而且可以提高发动机的动力性能。如今，装备增压器的车型正在逐渐被人所熟知，发动机增压技术从研发到大规模应用，走过了一个漫长的历史过程。这项技术根据工作原理的不同可以分为机械增压器、废气涡轮增压器、复合式增压器、惯性增压器、气波式增压器、冲压式增压器1.2几种常见的增压器1.2.1机械增压器所谓机械式增压器是指增压器的压气机转子由发动机曲轴通过齿轮、皮带或链条等传动装置来驱动旋转，从而将空气压缩并送入发动机气缸，达到增压的
4、目的。这种增压器响应迅速，但由于需要额外的传动装置，机械式增压器的结构比较复杂，体积较大，同时还要消耗一定的发动机有效功率，因此燃料经济性会受到一些影响。图1.11.2.2涡轮增压器废气涡轮增压器则是利用发动机排出的废气能量来驱动增压器的涡轮，并带动同轴上的压气机叶轮旋转，将空气压缩并送入发动机气缸。由于废气涡轮增压器利用排气能量驱动，与发动机之间没有任何机械传动连接，使得它的机械效率更好。同时，它不需要复杂的传动机构，而通过不断的技术积累，传统废气涡轮增压器的涡轮迟滞现象也得到了很好的控制。因此成为目前应用最为广泛的发动机增压装置。图1.21.2.3复合式增压器复合式增压器也就是把机械增压器
5、与废气涡轮增压器联合起来工作的增压装置，主要用于某些二冲程发动机上，借以保证发动机起动和低速负荷时有必要的扫气压力。复合式增压器还适合于排气背压较高的场合（如水下），但它的结构过于复杂，体积过大，多用于固定式机器，并不适合小型乘用车辆。1.2.3惯性增压器惯性增压器是利用空气在进气歧管中的惯性效应、脉冲波动效应及其综合效应来提高发动机气缸充气效率的方法。惯性增压器通过特殊几何形状的凸轮轴控制气门的开启角度及时间：气缸在前半个进气行程中，进气门只开启很小的通过截面，使气缸中形成一定的负压，当活塞走过半个进气行程后，进气门迅速开启，很快达到最大通过截面，此时空气以很高的速度冲入气缸。 从某种意义上
6、来说，惯性增压器在很大程度上推动了发动机技术的发展，目前的可变进气歧管长度技术及可变气门控制系统（如丰田的VVT-i技术）均得益于这一原理。1.2.4气波式增压器气波式增压器通过特殊的转子使废气与空气接触，利用高压废气对低压空气产生的压力波，迫使空气压缩，从而提高进气压力。气波式增压器具有充气效率高、低速扭矩大，加速性好等优点。但由于它的特殊结构，气波式增压器同样存在体积大、重量大、噪音大等缺点。另外，空气压力波对进、排气阻力过于敏感，要求进气滤清器及排气消声器和管道尽可能的加大尺寸并减小阻力。由于存在许多问题，气波式增压器目前仍处于研究试验阶段。1.2.5冲压式增压器冲压式增压器利用储气筒内
7、的高压诱导空气，通过喷管将周围的空气引射入喷射器中，并在喷射器内混合，然后通过扩压管，把空气压缩到所需的压力进入气缸。虽然冲压式增压器结构简单，工作可靠，但该系统需要高压空气泵、储气筒等部件，由于其连续工作时间较短，因此在应用方面受到限制。目前，应用最为广泛的是废气涡轮增压器与机械式增压器，但机械式增压器只有小规模的应用。下面详细介绍涡轮增压器和机械增压器。1.3涡轮增压器的发展内燃机涡轮增压技术的应用至今已有70多年的历史。早在1923年,瑞士ABB公司生产的废气涡轮增压器就开始应用在船用柴油机上,它使该发动机功率陡然提高了40%,一时引起各方面很大的兴趣。但是直到50年代初,涡轮增压技术才
8、开始进入汽车发动机领域。1953年,美国葛瑞特(Garrett)公司的涡轮增压技术在提高柴油机功率、改善燃油经济性方面前景十分广阔。 从60年代起.国外开始在汽车用柴油机上大量采用涡轮增压技术的研究,并取得了一定的进展。例如美国的葛瑞特公司在1962年生产了一种T5型涡轮增压器,安装在奥滋莫比汽车发动机上使其功率从自然进气的116kw提高到增压机型的160kw。从60年代末到70年代,以美国为代表的发展国家开始逐步健全和贯彻严格的汽车排放法规这强制地推动了汽车涡轮增压技术以及后来出现的增压中冷技术的应用和发展,客观上有效地改善了汽车柴油机的效率降低了尾气中NOx的排放量。到70年代后期,国外汽
9、油机涡轮增压技术取得了突破性的进展,可调增压和电控燃油喷射等新技术的应用有力地促进了涡轮增压技术在车用汽油机上的应用和发展。例如1979年,日本开始正式销售以增压汽油机为动力的轿车,并于80年代中期得到大量推广与应用。 从80年代开始,涡轮增压技术在汽车上的应用领域稳步扩大.使车用发动机在增压器设计、制造和材料等方面都取得了长足的发展。这一阶段,世界主要的小型涡轮增压器生产商相继推出了一系列新技术,例如前倾后弯压气机叶轮、各种废气放气阀、可变几何涡轮增压器等,都是这一时期的产物。它们一出现就在实际中推广应用并得到迅速完善。 进入90年代后,上述涡轮增压技术的应用和发展进一步成熟,其性能和可靠性
10、指标均有较大提高,逐步进入商品阶段。总之近20年来,车用发动机涡轮增压技术发展和应用的速度是十分惊人的。目前,美国、日本、澳大利亚和欧洲发达国家生产的重型汽车柴油机,使用增压器的比例已经达到了100%中小型汽车柴油机采用增压器的比例也平均达到80%以上,轿车柴油机采用涡轮增压器的比例也在持续增长。据统计,目前世界上的各种增压器的年产量约460万台它们主要由美国联信涡轮增压系统公司、施韦策公司、康明斯公司德国的KKK公司日本的三菱重工、小松制作所、丰田、日立、日产瑞士的ABB公司等世界著名企业生产和销售。它们不仅在规模上占据了世界领先地位而且在技术开发上也位居世界前列。 1.2 研究意义 带有废
11、气涡轮增压器的发动机不仅提高输出功率改善燃油经济性节约能源,而且还可以降低发动机的噪音及废气中的有害成分。今年来,增压技术在发动机上得到了广泛的应用,装有增压器的柴油机也越来越多。 其实涡轮增压主要是为了提高发动机的进气量，从而提高发动机的功率和扭矩,让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后,其输出的最大功率与未装增压器的相比可增加大约40%,甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率或者说，一台小排量的发动机经增压后,可以产生较大排量发动机相同的功率。另外，发动机在采用了增压器术后，还能提高燃油经济性和降低尾气排放。第二章 涡轮增压器2.1涡轮增压器工作原理涡轮增
12、压器的工作原理(如图2.1)涡轮增压器主要由涡轮和压气机叶轮组成，当然还有其他一些控制元件。涡轮和压气机叶轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排放出的废气驱动涡轮，涡轮带动压气机叶轮旋转，叶轮转动后给进气系统增压，增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，如此高的转速和温度使的常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑，还有冷却液为增压器进行冷却，以前，涡轮增压器大都用在柴油发动机上，现在一些汽油发动机也采用涡轮增压器，因为汽油和柴油的燃烧方式不一样，因此发动机采用涡轮增压器的
13、形式也有所却别。汽油发动机不同于柴油发动机，他进入气缸的不是空气而是汽油和空气的混合气体，压力过大容易爆燃。因此，安装涡轮增压器必须要避免爆燃，这里涉及两个相关问题，一个是高温控制，另一个是点火似箭控制。强制性增压后，汽油压缩和燃烧时的温度和压力都会增加，爆燃倾向增加。另外，汽油机排气温度比柴油机高，而且不宜采用增大气门重叠角（进、出气门同时开启的时间）方式来加强排气的降温，降低压缩比又会造成燃烧不充分。还有汽油机的转速比柴油机高，空气流量变化大，很容易造成涡轮增压器反应滞后。正对汽油器使用涡轮增压器出现的一系列问题，工程师有针对性地一一做了改进，是汽油机也能使用上涡轮增压器。图2.1 涡轮增
14、压器工作原理图中冷器当发动机的增压压比较高时，压气机出口温度增加，这一方面导致发动机进气密度下降，影响了发动机功率的进一步提高，另一方面将导致排气温度升高，热负荷增加，同时会导致NOx排放增加,还容易产生爆燃.因此要装置降低进气温度的设备，则就是中间冷却器，它安装在涡轮增压器出口与进气口管之间，对进入气缸的空气进行冷却，中间冷却器就像散热器，用风冷却或者水冷却，空气的热量通过冷却而散发到大气中区，据测试，性能良好的中间冷却器不但可以使发动机压缩比保持一定值而不会产生爆燃，同时降低温度可以提高进气压力，进一步提高发动机的有效功率。(其安装在增压系统中的结构如图2.2)图2.2增压器中冷结构叶轮由
15、于汽油发动机转速范围框，空气流量变化大，因此涡轮增压器的压缩叶轮外形是负载的三元曲面超薄叶轮片，一般有1230片叶，呈放射线状曲线排列、叶片厚度在0.5毫米以下，采用铝材用特殊铸造法制作，叶片形状的优劣直接影响到涡轮增压发动机的性能，叶轮形状角度越合理，质量乐清，叶轮的启动就越灵敏，发硬之后也就越小。爆燃传感器爆燃传感器除了降低温度减少爆燃的可能性外，还要采用爆燃传感器，他的作用就是在产生爆燃之时，传感器感到不正常的震动会立即将信息反馈至发动机ECU（电子控制单元）控制系统，将点火决定时稍推迟一点，不产生爆燃的时候再回复正常点火时。2.2涡轮增压对发动机的影响加装涡轮增压的影响: 1、功率提高20%-30% 加装涡轮增压器的最大优点是能在不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭力，一般而言，加装增压器后发动机的功率及扭矩要增大20%-30%。2.3升的发动机加装涡轮增压器后，其动力输出差不多有3.0升机的动力表现。 2、不会影响汽车性能 加装涡轮增压器以后,汽车的动力有了大幅度的增加,这会不会由于动力加大以后引起各样的安全问题,比如动力强了,刹车及操纵性能是否变差,从而令汽车变得不安全?而且在发动机上额外加多了一个增压器等,会不会影响发动机的使用?相反加装后驾驶汽车会更安全。目前市场上的涡轮增压改装多属于低增压技
