第九章 汽车发动机增压课件

1、第九章第九章 汽车发动机增压汽车发动机增压1 概述概述 2 机械增压机械增压 3 涡轮增压涡轮增压 第一节第一节 概述概述是通过将空气预先是通过将空气预先压缩压缩后供入气缸，后供入气缸，增加增加进气质量，相应地进气质量，相应地增加增加循环供油量，从而可以循环供油量，从而可以增加增加发动机功率，同时增压还可以发动机功率，同时增压还可以改善改善燃燃油经济性。油经济性。增压的目的增压的目的:涡轮增压、机械增压、气波增压三种，涡轮增压、机械增压、气波增压三种，对应的增压器称涡轮增压器、机械增压器、气波增压器对应的增压器称涡轮增压器、机械增压器、气波增压器增压的基本类型增压的基本类型:汽油机增压困难原因

2、：汽油机增压困难原因：1 汽油机增压后爆燃倾向增加汽油机增压后爆燃倾向增加 ； 2 汽油机过量小，燃烧温度高汽油机过量小，燃烧温度高 ；3 车用汽油机工况变化频繁，涡轮增压器与汽油机匹配困难；车用汽油机工况变化频繁，涡轮增压器与汽油机匹配困难； 4 涡轮增压汽油机加速性差涡轮增压汽油机加速性差 机械增压机械增压 机械增压能有效提高发动机功率，与涡轮增压相比，机械增压能有效提高发动机功率，与涡轮增压相比，其低速其低速增压效果更好。增压效果更好。由于机械增压器与发动机直接机械联系，因此，由于机械增压器与发动机直接机械联系，因此，其变工况的瞬态响应性好，加速性好，尤其是低速时加速性好。其变工况的瞬态

3、响应性好，加速性好，尤其是低速时加速性好。但发动机驱动机械增压器要消耗输出功率，因此但发动机驱动机械增压器要消耗输出功率，因此发动机的燃油经发动机的燃油经济性较差。一般适用于小型汽油机或与涡轮增压器复合使用。济性较差。一般适用于小型汽油机或与涡轮增压器复合使用。 罗茨式压气机工作原理如图示。当转子旋转时，空气从压气罗茨式压气机工作原理如图示。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。口压出。出口与进口的压力比可达出口与进口的压力比可达1.81.8，供气量与转速成正比。，供气量与转速成正比。罗茨

4、式压气机罗茨式压气机 涡轮增压涡轮增压涡轮增压的涡轮增压的最大优点是燃油经济性最大优点是燃油经济性好，并可大幅度降低有害气体的排好，并可大幅度降低有害气体的排放和噪声水平。缺点是低速时排气放和噪声水平。缺点是低速时排气能量低，增压效果差，低速加速性能量低，增压效果差，低速加速性能较差。能较差。涡轮增压器涡轮增压器: :由由涡轮机涡轮机和和压气机压气机构成构成 将发动机发出的废气引入涡轮机，将发动机发出的废气引入涡轮机，废气废气的能量的能量推动涡轮机叶轮旋转推动涡轮机叶轮旋转，并带动与其同轴安装的压气机叶轮并带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在工作，新鲜空气在压气机内增压后压气机内增压后

5、进入气缸进入气缸。排气管排气管中冷器中冷器压气机壳压气机壳喷嘴环喷嘴环涡轮涡轮转子轴转子轴进气管进气管 废气经排气管进入涡轮废气经排气管进入涡轮壳的喷嘴环，压力和温度下壳的喷嘴环，压力和温度下降，而速度提高，使涡轮高降，而速度提高，使涡轮高速旋转。涡轮带动压气机叶速旋转。涡轮带动压气机叶轮一起旋转。轮一起旋转。转速高达转速高达1010万万-20-20万转万转/ /分分 经空气滤清器后的空气进入压气机，被压气机叶轮甩经空气滤清器后的空气进入压气机，被压气机叶轮甩向外缘，使向外缘，使其速度和压力增加其速度和压力增加，然后经过进口小出口大的，然后经过进口小出口大的扩压器和压气机蜗壳，使扩压器和压气机

6、蜗壳，使气流的流速下降，压力升高气流的流速下降，压力升高。压力升高比压力升高比 k k：指压气机的指压气机的出口与进口压力之比出口与进口压力之比。 增压比升高使空气的温度随之升高增压比升高使空气的温度随之升高，空气密度的增，空气密度的增长率会因之下降，并加大了柴油机零件的热负荷。长率会因之下降，并加大了柴油机零件的热负荷。 加装中间冷却器：加装中间冷却器：以以降低降低压气机出来的压气机出来的空气温度空气温度，使充，使充气密度增大。气密度增大。涡轮增压器的结构及工作原理涡轮增压器的结构及工作原理 车用涡轮增压器由车用涡轮增压器由离心式压气机离心式压气机和和径流式涡轮机径流式涡轮机及及中间体中间体

7、三部分组成。增压器轴通过两个浮动轴承支承在中间体内。中三部分组成。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，还有密封装置等。间体内有润滑和冷却轴承的油道，还有密封装置等。1 1 径流式涡轮机径流式涡轮机涡轮机作用是将发动机排气的能量转变为机械功。径流式涡轮涡轮机作用是将发动机排气的能量转变为机械功。径流式涡轮机由机由涡壳、喷管、叶轮和出气道涡壳、喷管、叶轮和出气道等组成。等组成。排气流过喷管时排气流过喷管时降压、降温、增速、膨胀降压、降温、增速、膨胀，使排气的压力能转变，使排气的压力能转变为动能。为动能。 当压气机旋转时，当压气机旋转时，空气经进气道空气经进气道进

8、入压气机进入压气机叶轮叶轮，并在离心，并在离心离的作用下沿着压气机叶片离的作用下沿着压气机叶片1 1之间形成的流道，之间形成的流道，从叶轮中心流向叶从叶轮中心流向叶轮的周边轮的周边。 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提高，然后进入叶片式扩压管大的提高，然后进入叶片式扩压管3 3。扩压管为渐扩形流道，。扩压管为渐扩形流道，空空气流过扩压管时减速增压，温度也有所提高。在扩压管中，空气气流过扩压管时减速增压，温度也有所提高。在扩压管中，空气所具有的大部分动能转变为压力能。所具有的大部分动能转变为压力能。增压后发动机性能的变化

9、增压后发动机性能的变化采用废气涡轮增压后发动机性能在以下各方面得到改善：采用废气涡轮增压后发动机性能在以下各方面得到改善：1.1.功率大大提高功率大大提高功率提高的程度视增压程度而定，可增加功率提高的程度视增压程度而定，可增加5050200200，甚至更高。，甚至更高。发动机增压后的功率与不增压时功率之比值称为增压度。发动机增压后的功率与不增压时功率之比值称为增压度。2.2.发动机机械效率提高发动机机械效率提高3 3经济性提高经济性提高因为增压使进气压力提高，改善了扫气效果和燃烧条件，并且因为增压使进气压力提高，改善了扫气效果和燃烧条件，并且发动机的机械效率又有提高，因而使燃油消耗率显著降低。

10、发动机的机械效率又有提高，因而使燃油消耗率显著降低。 虽然增压后燃烧压力将提高，使各摩擦面上的摩擦损失增加，虽然增压后燃烧压力将提高，使各摩擦面上的摩擦损失增加，但发动机的功率增加的更多，因此机械效率得到提高。但发动机的功率增加的更多，因此机械效率得到提高。增压发动机的结构特点增压发动机的结构特点增压后发动机性能显著变化，机械负荷及热负荷大为提高，要增压后发动机性能显著变化，机械负荷及热负荷大为提高，要求发动机结构也要相应地改变：求发动机结构也要相应地改变：1 1适当地减少压缩比。适当地减少压缩比。防止燃烧压力过大，以保证发动机工作防止燃烧压力过大，以保证发动机工作可靠，延长使用期。但过低的压

11、缩比将造成起动困难。可靠，延长使用期。但过低的压缩比将造成起动困难。2 2供油系统的变化。供油系统的变化。增压后由于进气量的增加，可燃烧更多的增压后由于进气量的增加，可燃烧更多的燃料，要求供油量增加，同时要求增大喷油压力，加大喷油器喷燃料，要求供油量增加，同时要求增大喷油压力，加大喷油器喷孔的直径。此外，增压后压缩压力和温度的增加，将使燃料着火孔的直径。此外，增压后压缩压力和温度的增加，将使燃料着火落后期缩短，为防止最大燃烧压力过高，应减少供油提前角，但落后期缩短，为防止最大燃烧压力过高，应减少供油提前角，但如供油提前角过小，会使燃烧恶化。如供油提前角过小，会使燃烧恶化。2 2、并联式复合增压

12、系统并联式复合增压系统：由机械增压器和涡轮增压器同时向发：由机械增压器和涡轮增压器同时向发动机供给增压后的空气。在低速范围内主要靠机械增压，而在高动机供给增压后的空气。在低速范围内主要靠机械增压，而在高转速范围内主要靠涡轮增压。这种增压系统使发动机低转速转矩转速范围内主要靠涡轮增压。这种增压系统使发动机低转速转矩特性得到改善。特性得到改善。1 1、串联式复合增压系统串联式复合增压系统：空气先经过涡轮增压器提高压力后，空气先经过涡轮增压器提高压力后，进入中间冷却器降温，再经机械增压器增压。这种增压方式主要进入中间冷却器降温，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。用于高增压发动机

13、上。复合增压系统复合增压系统五、电控汽油喷射式汽油机普及增压的原因五、电控汽油喷射式汽油机普及增压的原因 克服了发动机和增压器匹配的困难。电控技术的应用，可以克服了发动机和增压器匹配的困难。电控技术的应用，可以方便地对汽油机增压系统进行爆燃控制（即点火提前角控制）、方便地对汽油机增压系统进行爆燃控制（即点火提前角控制）、放气控制（即增压压力控制）和排放控制。放气控制（即增压压力控制）和排放控制。1 1、爆燃控制、爆燃控制：应用点火提前角自适应控制系统克服由于增压而增应用点火提前角自适应控制系统克服由于增压而增加的爆燃倾向。利用爆震传感器检测爆燃信息，并传送给加的爆燃倾向。利用爆震传感器检测爆燃

14、信息，并传送给ECUECU，电，电控单元则发出指令推迟点火时刻以消除爆震。待爆震消除后，自控单元则发出指令推迟点火时刻以消除爆震。待爆震消除后，自适应地加大点火提前角，使发动机在最理想的状况下工作。适应地加大点火提前角，使发动机在最理想的状况下工作。2 2、放气控制、放气控制：采用增压压力调节装置，有进气旁通阀和排气旁通采用增压压力调节装置，有进气旁通阀和排气旁通阀以及控制膜盒。由于发动机在大负荷、高转速时，废气能量大，阀以及控制膜盒。由于发动机在大负荷、高转速时，废气能量大，增压器转速高，增压压力高；而低转速、小负荷时，废气能量小，增压器转速高，增压压力高；而低转速、小负荷时，废气能量小，增压器转速低，增压压力低。因此，若增压器按高速、大负荷设增压器转速低，增压压力低。因此，若增压器按高速、大负荷设计，则低速、小负荷时发动机的转矩小，加速性差。计，则低速、小负荷时发动机的转矩小，加速性差。3 3、增压中冷：、增压中冷：增压后的空气温度升高，一则发动机进入气缸内的增压后的空气温度升高，一则发动机进入气缸内的空气密度下降，输出功率降低；