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1、第七章 汽车发动机增压,第一节.机械增压 第二节.涡轮增压 第三节.气波增压,增压就是将空气预先压缩然后再供入气缸，以期提高空气密度、增加进气量的一项技术。 由于进气量增加，可相应地增加循环供油量，从而可以增加发动机功率。 增压还可以改善燃油经济性。 实践证明，在小型汽车发动机上采用涡轮增压或机械增压，当汽车以正常的经济车速行驶时，不仅可以获得相当好的燃油经济性，而且还由于发动机功率增加，可以得到驾驶人所期望的良好的加速性。,第一节.机械增压 有效地提高发动机功率,与涡轮增压相比,其低速增 压效果更好.结构比较紧凑.机械增压燃油消耗率比非增压发动机略高. 罗茨式压气机由转子、转子轴、传动齿轮、
2、壳体、后盖和齿轮室罩等构成。在压气机前端装有电磁离合器及电磁离合器带轮。在罗茨式压气机中有两个转子。发动机曲轴带轮经传动带、电磁离合器带轮和电磁离合器驱动其中的一个转子，而另一个转子则由传动齿轮带动与第一个转子同步旋转。转子的前后端支承在滚子轴承上，滚子轴承和传动齿轮用合成高速齿轮油润滑。在转子轴的前后端装置油封，以防止润滑油漏入压气机壳体内。,机械增压系统,增压器的安装,罗茨式压气机的转子有两叶的，也有三叶的。通常两叶转子为直线型，而三叶转子为螺旋型。三叶螺旋型转子有较低的工作噪声和较好的增压器特性。在相互啮合的转子之间以及转子与壳体之间都有很小的间隙，并在转子表面涂敷树脂，以保持转子之间以
3、及转子与壳体间较好的气密性。转子用铝合金制造。,电磁离合器 电磁离合器安装在传动带轮中。电控单元根据发动机 工况的需要，发出接通或切断电磁离合器电源的指令， 以控制增压器的工作。当接通电源时，电磁线圈通电， 主动板吸引从动摩擦片，使离合器处于接合状态，增压器工作。当切断电源时，电磁线圈断电，主动板与从动摩擦片分开，增压器停止转动。,第二节.涡轮增压,涡轮增压: 与发动机没有机械的联系-排气涡轮增压.经济性比机械增压和非增压发动机都好. 大幅度降低有害气体的排放和噪声水平. 低速时转矩增加不多,发动机工况发生变化时,瞬态响应差加速性能差,废气涡轮增压系统,发动机转速很高时，涡轮转速也很高，压缩空
4、气量超出需要。 发动机转速较低时，涡轮转速达不到所需要的转速，空气压缩不足，发动机功率达不到要求。（增压滞后）,废气涡轮增压器,转子的工作转速高达每分钟数万转至二十多万转，需要有 单独的润滑油供应管路，并为浮动轴承提供油膜支撑。,涡轮增压器的润滑：,叶片形式,浮动轴承,带放气阀增压调节机构,涡轮增压器由离心式压气机和径流式涡轮机及中间体三部组成。增压器轴通过两个浮动轴承支承在中间体内。中间体内有润滑和冷却轴承的油道，还有防止机油漏入压气机或涡轮机中的密封装置等。,1.离心式压气机,离心式压气机由进气道、压气机叶轮、无叶式扩压管及压气机蜗壳等组成。叶轮包括叶片和轮毂，并由增压器轴带动旋转。当压气
5、机旋转时，空气经进气道进入压气机叶轮，并在离心力的作用下沿着压气机叶片之间形成的流道，从叶轮中心流向叶轮的周边。空气从旋转的叶轮获得能量，使其流速、压力和温度均有较大的增高，然后进入叶片式扩压管。扩压管为渐扩形流道，空气流过扩压管时减速增压，温度也有所升高。即在扩压管中，空气所具有的大部分动能转变为压力能。 扩压管分叶片式和无叶式两种。无叶式扩压管实际上是由蜗壳和中间体侧壁所形成的环形空间。无叶式扩压管构造简单，工况变化对压气机效率的影响很小，适于车用增压器。叶片式扩压管是由相邻叶片构成的流道，其扩压比大，效率高，但结构复杂，工况变化对压气机效率有较大的影响。蜗壳的作用是收集从扩压管流出的空气
6、，并将其引向压气机出口。空气在蜗壳中继续减速增压，完成其由动能向压力能转变的过程。压气机叶轮由铝合金精密铸造，蜗壳也用铝合金铸造。,2.径流式涡轮机,涡轮机是将发动机排气的能量转变为机械功的装置。径流式涡轮机由蜗壳、喷管、叶轮和出气道等组成。蜗壳4的进口与发动机排气管相连，发动机排气经蜗壳引导进入叶片式喷管。喷管是由相邻叶片构成的渐缩形流道。排气流过喷管时降压、降温、增速、膨胀，使排气的压力能转变为动能。由喷管流出的高速气流冲击叶轮，并在叶片所形成的流道中继续膨胀作功，推动叶轮旋转。涡轮机叶轮经常在900高温的排气冲击下工作，并承受巨大的离心力作用，所以采用镍基耐热合金钢或陶瓷材料制造。用质量
7、轻并且耐热的陶瓷材料可使涡轮机叶轮的质量大约减小2/3，涡轮增压加速滞后的问题也在很大程度上得到改善。喷管叶片用耐热和抗腐蚀的合金钢铸造或机械加工成形。蜗壳用耐热合金铸铁铸造，内表面应该光洁，以减少气体流动损失。,3.转子 涡轮机叶轮、压气机叶轮和密封套等零件安装在增压器轴上，构成涡轮增压器转子。转子以超过100000r/min，最高可达200000r/min的转速旋转，因此，转子的平衡是非常重要的。增压器轴在工作中承受弯曲和扭转交变应力，一般用韧性好、强度高的合金钢40Cr或18CrNiWA制造。 4.增压器轴承 增压器轴承的结构是车用涡轮增压器可靠性的关键之一。现代车用涡轮增压器都采用浮动
8、轴承。浮动轴承实际上是套在轴上的圆环。圆环与轴以及圆环与轴承座之间都有间隙，形成双层油膜。圆环浮在轴与轴承座之间。一般内层间隙为0.05mm左右，外层间隙大约为0.1mm。轴承壁厚约34.5mm，用锡铅青铜合金制造，轴承表面镀一层厚度约为0.0050.008mm的铅锡合金或金属铟。在增压器工作时，轴承在轴与轴承座中间转动。 增压器工作时产生轴向推力，由设置在压气机一侧的推力轴承承受。为了减少摩擦，在整体式推力轴承两端的止推面上各加工有四个布油槽；在轴承上还加工有进油孔，以保证止推面的润滑和冷却。,5、增压压力的调节 在汽车涡轮增压系统中设置进、排气旁通阀，是调节增压压力最简单、成本最低而又十分
9、有效的方法。排气旁通阀的工作原理。控制膜盒中的膜片将膜盒分为上、下两个室，上室为空气室经连通管与压气机出口相通，下室为膜片弹簧室，膜片弹簧作用在膜片上，膜片通过连动杆与排气旁通阀连接。当压气机出口压力，也就是增压压力低于限定值时，膜片在膜片弹簧的作用下上移，并带动连动杆将排气旁通阀关闭；当增压压力超过限定值时，增压压力克服膜片弹簧力，推动膜片下移，并带动连动杆将排气旁通阀打开，使部分排气不经过涡轮机直接排放到大气中，从而达到控制增压压力及涡轮机转速的目的。,在有些发动机上，排气旁通阀的开闭由电控单元控制的电磁阀操纵。电控单元根据发动机的工况，由预存的增压压力脉谱图确定目标增压压力，并与增压压力
10、传感器检测到的实际增压压力进行比较，然后根据其差值来改变控制电磁阀开闭的脉冲信号占空比，以此改变电磁阀的开启时间，进而改变排气旁通阀的开度，控制排气旁通量，借以精确地调节增压压力虽然排气旁通阀在涡轮增压汽车发动机上得到了广泛的应用，但是排气旁通之后，排气能量的利用率下降，致使在高速大负荷时发动机的燃油经济性变差。,在大排量重型车用涡轮增压发动机上多采用涡轮机喷管出口截面可变的涡轮增压器，简称变截面涡轮增压器。在这种涡轮增压器中，通过改变喷管出口截面积来调节增压压力。当发动机低速运行时，缩小喷管出口截面积，使喷管出口的排气流速增大，涡轮机转速随之升高，增压压力和供气量都相应增加；当发动机高速工作
11、时，增大喷管出口截面积，使喷管出口的排气流速减小，涡轮机的转速相对降低，这样增压器将不会超速，增压压力也不致于过高。在有叶径流式涡轮机中，可以采用转动喷管叶片的方法来改变喷管出口截面积。喷管叶片与齿轮相连，齿轮与齿圈啮合，当执行机构往复移动时，齿圈或向左或向右转动，带动与其啮合的齿轮转动，并使喷管叶片随其转动，从而使喷管出口截面积发生改变。,对于无叶径流式涡轮机，可以在喷管出口处安装轴向移动的挡板来调节无叶喷管出口截面积。,6.轮增压器的润滑及冷却 来自发动机润滑系统主油道的机油，经增压器中间体上的机油进口进入增压器，润滑和冷却增压器轴和轴承。然后，机油经中间体上的机油出口返回发动机油底壳，在
12、增压器轴上装有油封，用来防止机油窜入压气机或涡轮机蜗壳内。如果油封损坏，将导致机油消耗量增加和排气冒蓝烟。 由于汽油机增压器的热负荷大，因此在增压器中间体的涡轮机侧设置冷却水套，并用软管与发动机的冷却系统相通。冷却液自中间体上的冷却液进口流入中间体内的冷却水套，从冷却液出口流回发动机冷却系统。冷却液在中间体的冷却水套中不断循环，使增压器轴和轴承得到冷却。 有些涡轮增压器在中间体内不设置冷却水套，只靠机油及空气对其进行冷却。当发动机在大负荷或高转速工作之后，如果立即停机，那么机油可能由于轴承温度太高而在轴承内燃烧。因此，这类涡轮增压发动机应该在停机之前，至少在怠速下运转1min。,第三节.气波增压: 结构简单,加工方便,工作温度不高,与涡轮增压相比低速转矩特性好,但是体积大,噪声水平高. 只能用在低速范围内. 多用于柴油机,
