第九章 发动机增压系统 •本讲教学目标：•知识点知识点：•·发动机增压及其类型•·汽油机增压技术•·机械增压•·蜗轮增压•·气波增压•能力点能力点：•·初步了解汽油机增压的一般知识•·区分对比三种增压类型•·正确理解涡轮增压结构、特点和工作原理 •本讲主要内容：•·发动机增压概述•·机械增压•·气波增压•·蜗轮增压 •·重点讲解发动机增压概述•·简单讲解机械增压、气波增压•·重点讲解蜗轮增压 发动机增压概述•1．发动机增压功用•·将空气预先压缩后供入气缸，以提高空气密度、增加进气量•·进气量增加，可增加循环供油量，从而可增加发动机功率•·可以得到良好的加速性•·可以改善燃油经济性 •2．汽油机增压技术•（1）汽油机增压比柴油机增压困难原因•·汽油机增压后爆燃倾向增加•·由于汽油机混合气的过量空气系数小，燃烧温度高，因此增压之后汽油机和涡轮增压器的热负荷大•·车用汽油机工况变化频繁，转速和功率范围宽广，致使涡轮增压器与汽油机的匹配相当困难•·涡轮增压汽油机的加速性较差 （2）汽油机增压的改进措施·在电控汽油喷射式发动机上实行汽油机增压，成功地摆脱了化油器式发动机与涡轮增压器匹配的困难。
电控技术的应用，可以极其方便地对汽油机增压系统进行爆燃控制、放气控制和排放控制等·应用点火提前角自适应控制，来克服由于增压而增加的爆燃倾向利用装在发动机上的爆燃传感器检测爆燃信息，并将其传输给电控单元（ECU），电控单元则发出指令，推迟点火时刻以消除爆燃待爆燃消除后，自适应地逐步加大点火提前角，使发动机在比较理想的状况下工作·对增压后的空气进行中间冷却因为空气增压后温度升高，密度减小 如果温度过高，不仅会减少进气量，削弱增压效果，还可能引起发动机爆燃实践证明，对增压空气实行中冷，对提高功率、降低油耗、降低热负荷和减轻爆燃都十分有利因此，不但在汽油机增压系统中设置中冷器，而且在高增压柴油机增压系统中也设有中冷器·采用增压压力调节装置增压压力与涡轮增压器的转速有关，而增压器转速又取决于废气能量发动机在高转速、大负荷工作时，废气能量多，增压压力高；相反，低转速、小负荷时，废气能量少，增压压力低 3．增压的类型 （1）机械增压（图9-1）·结构：机械增压器由发动机曲轴经齿轮增速器驱动，或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带及电磁离合器驱动·特点：机械增压能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。
另外，机械增压器与发动机容易匹配，结构也比较紧凑但是，由于驱动增压器需消耗发动机功率，因此燃油消耗率比非增压发动机略高 图9-1：机械增压 •（2）气波增压（图9-2）•·结构：由曲轴经传动带驱动气波增压器转子，利用排气压力波使空气受到压缩，以提高进气压力•·特点：气波增压器结构简单，加工方便，工作温度不高，不需要耐热材料，也无需冷却与涡轮增压相比，其低速转矩特性好，但是体积大，噪声水平高，安装位置受到一定的限制目前，这种增压器还只能在低速范围内使用由于柴油机最高转速比较低，因此多用于柴油机上 图9-2：气波增压 •（3）涡轮增压（图9-3）•·结构：利用废气涡轮机，带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机内增压后进入气缸•·特点：涡轮增压的优点是经济性比机械增压和非增压发动机都好，并可大幅度地降低有害气体的排放和噪声水平涡轮增压的缺点是低速时转矩增加不多，而且在发动机工况发生变化时，瞬态响应差，致使汽车加速性，特别是低速加速性较差 图9-3：涡轮增压 •（4）复合增压•·结构：机械增压与涡轮增压适当结合•·串联复合增压：在这种增压系统中，空气先经涡轮增压器提高压力后，进人中间冷却器降温，再经机械增压器增压。
这种增压方式主要用于高增压发动机上•·并联复合增压：由机械增压器和涡轮增压器同时向发动机供给增压空气在低转速范围主要靠机械增压，而在高转速范围主要靠涡轮增压这种增压系统使发动机低速转矩特性得到改善 二、机械增压1．电喷汽油机机械增压（1）结构组成（图9-4）（2）增压原理·曲轴带轮经传动带和电磁离合器带轮驱动增压器工作，ECU据爆震传感器信号发出指令减小点火提前角，可消除爆燃；当小负荷不增压时，ECU据节气门位置传感器信号使电磁离合器断电，增压器不工作，ECU使进气旁通阀开启，空气经进气旁通阀，中冷器降温后进入气缸 图9-4：机械增压结构组成 2．机械增压器（罗茨式压气机）•（1）结构组成（图9-5）•·主要由转子、转子轴、传动齿轮、壳体、后盖组成•·曲轴经传动带、电磁离合器驱动其中的一个转子，而另一个转子由传动齿轮带动与其同步旋转 图9-5：机械增压器结构组成 （2）工作原理（图9-6）•当转子旋转时，空气从压气机入口吸入，在转子叶片的推动下空气被加速，然后从压气机出口压出图9-6：机械增压器工作原理 三、气波增压图9-7：气波增压结构组成 四、蜗轮增压 1．涡轮增压系统（1）单涡轮增压系统·一个涡轮增压器图9-8 单涡轮增压系统 （2）双涡轮增压系统（图9-9）·两个涡轮增压器并列布置图9-9：双涡轮增压系统 2．涡轮增压器 （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·当压气机旋转时，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中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 （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 图9-10：涡轮增压器 3．增压压力的调节 ·在涡轮增压系统中都设有进气旁通阀和排气旁通阀，用以控制增压压力·控制膜盒中的膜片将膜盒分为左室和右室，右室经连通管与压气机出口相通，左室设有膜片弹簧作用在膜片上膜片还通过连动杆与排气旁通阀连接·当压气机出口压力低，膜片在膜片弹簧作用下移向右室，使排气旁通阀关·当增压压力高，膜片左移，排气旁通阀开，部分排气直接排入大气，从而控制增压压力及涡轮机转速·现代电控发动机中增压压力的调节采用电子控制来实现 图9-11：增压压力的调节 4．涡轮增压器的润滑及冷却润滑：机油自主油道，进入增压器，润滑和冷却增压器轴和轴承。
后返回油底壳冷却：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 图9-12：涡轮增压器的润滑及冷却 。