內(nèi)燃機(jī)的增壓

1、關(guān)于內(nèi)燃機(jī)的增壓現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共28頁第十章 內(nèi)燃機(jī)的增壓 第一節(jié) 增壓的基本概念 增壓就是利用專用的裝置（增壓器）在進(jìn)氣過程中采用強(qiáng)制的方法，將新鮮氣體送入氣缸，其進(jìn)氣量大大高于自然進(jìn)氣的進(jìn)氣量，其平均有效壓力的數(shù)值可以大幅度提高。 內(nèi)燃機(jī)增壓后，其功率提高程度稱為增壓度。 內(nèi)燃機(jī)增壓后，進(jìn)入氣缸的氣體壓力與大氣壓力之比稱為增壓壓比。 用增壓的方法來提高內(nèi)燃機(jī)的功率指標(biāo)也有一定的限度，主要受機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、制造增壓器的耐熱材料許用 溫度的限制?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共28頁 增壓的方式主要有機(jī)械增壓、渦輪增壓和氣波增壓三種，各自的結(jié)構(gòu)工作的原理各不相同，但都可以起到增加進(jìn)氣壓力的作用。

2、 最早的增壓器是機(jī)械增壓，在剛發(fā)明時被稱為超級增壓器(Supercharger)，渦輪增壓發(fā)明之后為了區(qū)隔兩者，將渦輪增壓器稱為Turbo Supercharger，機(jī)械增壓則被稱為Mechanical Supercharger，后來，兩者就分別被簡化為Turbocharger與Supercharger了。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共28頁第二節(jié) 機(jī)械增壓 由機(jī)械增壓器產(chǎn)生壓力，達(dá)到增壓的效果，其低速增壓效果好，機(jī)構(gòu)比較緊湊，但驅(qū)動增壓器需消耗發(fā)動機(jī)功率，燃油消耗率略高?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共28頁 機(jī)械增壓器壓縮機(jī)的驅(qū)動力來自引擎曲軸，一般都是利用皮帶連接曲軸皮帶輪，間接將曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)的扭力帶動增壓

3、器，達(dá)到增壓目的。依構(gòu)造不同，機(jī)械增壓出現(xiàn)過許多種類，包括葉片(Vane)、羅茨(Roots)、溫克爾(Wankle)等型式，羅茨增壓器有雙葉與三葉轉(zhuǎn)子兩種型式，以雙葉轉(zhuǎn)子較普遍，其構(gòu)造是在橢圓形的殼體中裝兩個繭形的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子之間有極小的間隙而不直接相連，借由螺旋齒輪連動，其中一個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動的皮帶輪連接，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的皮帶輪上裝有電磁離合器，在不需要增壓時即放開離合器以停止增壓,離合器則由計算機(jī)控制以達(dá)到省油的目的?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共28頁 機(jī)械增壓的特征，除了在低轉(zhuǎn)速便可獲得增壓外，增壓的動力輸出也與曲軸轉(zhuǎn)速成一定的比例，即機(jī)械增壓引擎的油門反應(yīng)隨著轉(zhuǎn)速的提高，動力輸出隨之增強(qiáng)，因此機(jī)

4、械增壓引擎的操作感覺與自然氣極為相似，卻能擁有較大的馬力與扭矩?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共28頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共28頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共28頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共28頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共28頁第三節(jié) 渦輪增壓 渦輪增壓的原理是利用引擎運(yùn)轉(zhuǎn)時所排出來的廢氣,用廢氣來轉(zhuǎn)動渦輪增壓器中的排氣側(cè)轉(zhuǎn)子,而排氣側(cè)轉(zhuǎn)子與進(jìn)氣側(cè)轉(zhuǎn)子(Compressor)是同軸異室,當(dāng)排氣側(cè)轉(zhuǎn)子達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時它帶動另一側(cè)的Compressor,使Compressor轉(zhuǎn)子引進(jìn)外來的新鮮空氣,經(jīng)過壓縮倒入進(jìn)氣歧管內(nèi),因此Turbo車的進(jìn)氣是非自然方式,是經(jīng)過吸進(jìn)來,再壓縮所以空氣壓力是大于大氣壓力的。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十

5、一頁，共28頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共28頁 渦輪增壓的主要作用就是提高發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動機(jī)的功率和扭矩，讓車子更有勁。一臺發(fā)動機(jī)裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發(fā)動機(jī)在經(jīng)過增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發(fā)動機(jī)來說，經(jīng)過增壓之后，動力可以達(dá)到2.4L發(fā)動機(jī)的水平，但是耗油量卻比1.8發(fā)動機(jī)并不高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣排放?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共28頁渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理 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通過兩個浮動軸

6、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?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共28頁 當(dāng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)時，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?？諝鈴男D(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

7、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)簡單，工況變化對壓氣機(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)點是擴(kuò)壓比大，壓氣機(jī)效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況變化對壓氣機(jī)效率有較大的影響?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共28頁 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。排氣流過噴管時降壓、降

8、溫、增速、膨脹，使排氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋膰姽芨咚倭鞒龅膹U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，推動葉輪高速旋轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共28頁 渦輪機(jī)的噴管也有葉片式和無葉片式之分?，F(xiàn)代徑流式渦輪機(jī)多采用無葉式噴管。此時，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)閯幽艿淖饔谩?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

9、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)過動平衡檢驗、調(diào)整。增壓器軸一般用韌性好、強(qiáng)度高的合金鋼40Cr或18CrNiWA制造?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共28頁4、增壓器軸承 車用發(fā)動機(jī)增壓器軸承采用浮動軸承，實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，圓環(huán)在軸與軸承座之間緩慢轉(zhuǎn)動。 增壓器工作時產(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?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共28頁三、增壓壓力的調(diào)節(jié) 渦輪增壓系統(tǒng)中的排氣旁通閥

10、3受控制膜盒1控制?？刂颇ず兄械哪て瑢⑵浞殖勺笫矣沂?。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，經(jīng)過連動桿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)動機(jī)在低速小負(fù)荷、渦輪增壓器不工作時工作（打開）的，向氣缸內(nèi)補(bǔ)充空氣。當(dāng)渦輪增壓器工作時，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?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共28頁四、渦輪增壓器的潤滑與冷卻 來自發(fā)動機(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)

11、入增壓器，潤滑與冷卻增壓器軸與軸承，然后，機(jī)油經(jīng)機(jī)油出口2返回發(fā)動機(jī)油底殼。在增壓器軸上安裝油封，若損壞，將導(dǎo)致機(jī)油消耗劇增，發(fā)動機(jī)排氣冒藍(lán)煙。 汽油機(jī)渦輪增壓器的熱負(fù)荷大，因此必須在渦輪機(jī)一側(cè)設(shè)置冷卻水套，并用軟水管與發(fā)動機(jī)的冷卻系連通。進(jìn)水口3和出水口4均在中間體上。 如果只靠機(jī)油和空氣對渦輪增壓器進(jìn)行冷卻，則當(dāng)發(fā)動機(jī)在大負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速工作之后，如果立即停機(jī)，那么機(jī)油可能因軸承溫度太高而燃燒?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共28頁 渦輪增壓由于是超高轉(zhuǎn)速地運(yùn)轉(zhuǎn)軸承,隨之而來的高溫排除或增壓過度的泄壓就是關(guān)鍵。目前常用的就是機(jī)油導(dǎo)入來潤滑與冷卻軸承,也有用水冷式的?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共28頁 渦

12、輪增壓的確能夠提升發(fā)動機(jī)的動力，不過它的缺點也有不少，其最明顯的就是動力輸出反應(yīng)滯后。同時安裝了渦輪增壓器的汽車駕駛起來的感覺是和大排量的汽車有一定差異的。 還有在經(jīng)過了增壓之后，發(fā)動機(jī)在工作時候的壓力和溫度都大大升高，因此發(fā)動機(jī)壽命會比同樣排量沒有經(jīng)過增壓的發(fā)動機(jī)要短，而且機(jī)械性能、潤滑性能都會受到影響，這樣也在一定程度上限制了渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共28頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共28頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共28頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共28頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共28頁一、增壓空氣中冷 增壓壓力較高時，功率對壓力的增長率較低，這是因為增壓后的空氣溫度升高，一則發(fā)動機(jī)進(jìn)入氣缸內(nèi)的