發(fā)動(dòng)機(jī)增壓 《汽車》發(fā)動(dòng)機(jī)資源池

發(fā)動(dòng)機(jī)知識(shí):發(fā)動(dòng)機(jī)增壓

I、基礎(chǔ)知識(shí)：

一、增壓的可行性及特點(diǎn)

二、增壓的衡量指標(biāo)

三、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的種類

II、廢氣渦輪增壓

一、理論基礎(chǔ)

(-)廢氣能量的利用

(二)增壓空氣的中冷

二、壓氣機(jī)構(gòu)造

三、離心式壓氣機(jī)工作原理

四、離心式壓氣機(jī)工作特性

五、渦輪機(jī)構(gòu)造與工作原理

in、增壓的特點(diǎn)及與內(nèi)燃機(jī)匹配

一、對(duì)車用增壓器的要求

二、增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配

w、車用內(nèi)燃機(jī)增壓的特殊問題及改善措施

一、車用內(nèi)燃機(jī)增壓的特殊問題

二、增壓內(nèi)燃機(jī)優(yōu)化措施

I、基礎(chǔ)知識(shí)：

一、增壓的可行性及特點(diǎn)

內(nèi)燃機(jī)的有效功率為：

式中：Pme---平均有效壓力（kPa）；

Vs---工作容積（n?）；

i----內(nèi)燃機(jī)全缸數(shù)；

n----內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；

T一一沖程數(shù)。

要提高內(nèi)燃機(jī)的單機(jī)功率，可通過提高內(nèi)燃機(jī)的平均有效壓力Pme來實(shí)現(xiàn)。要提高平均

有效壓力Pme,通過控制過量空氣系數(shù)，提高充氣效率和增加進(jìn)入氣缸的充氣密度，可以實(shí)

現(xiàn)提高內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性。

內(nèi)燃機(jī)采用進(jìn)氣增壓，就是提高進(jìn)入氣缸的充量密度的有效途徑，使進(jìn)入氣缸的新鮮氣

量增加，這就可以燃燒更多的燃料，使平均有效壓力提高，從而提高有效功率。

增壓技術(shù)在柴油機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，汽油機(jī)增壓的許多問題也已經(jīng)得到了成功的解

決。增壓發(fā)動(dòng)的特點(diǎn)是：

1）功率相同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的空間尺寸減小，重量輕，對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性更有意義。

2）在達(dá)到額定輸出功率時(shí)，摩擦損耗相對(duì)較小，在部分負(fù)荷時(shí)，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工況更接

近最大效率設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。

3）通過增壓器的合理設(shè)計(jì)，可以將轉(zhuǎn)短特性改進(jìn)為低速高轉(zhuǎn)矩，這對(duì)車用內(nèi)燃機(jī)很有利。

4）隨行駛地區(qū)海拔高度升高而導(dǎo)致的功率下降（海拔每上升1000m功率下降10%）,可

通過增壓來彌補(bǔ)。

5）通過增壓可以使排放降低。對(duì)于增壓汽油機(jī)，通過最合適的燃燒室形狀設(shè)計(jì)和在渦輪

機(jī)內(nèi)的后燃，可以降低HC值；在低負(fù)荷范圍可降低NOx,當(dāng)然在高負(fù)荷時(shí)NOx會(huì)有所升高。

對(duì)于柴油機(jī)，增壓后NOx略有上升，但由于空氣過量，煙度有所下降。

6）降低噪聲。柴油機(jī)增壓后，由于混合器工作溫度升高，著火延遲期縮短，燃燒過程變

得柔和，對(duì)直噴式柴油機(jī)更為有利。另外，通過換氣管內(nèi)的波動(dòng)削平和消聲，也使噪聲減小;

表面輻射噪聲也有所下降。

7）經(jīng)濟(jì)性得到改善。由于增壓后平均有效壓力提高，機(jī)械損失相對(duì)減少，在高負(fù)荷區(qū)，

機(jī)械效率得到提高；在低負(fù)荷區(qū)，由于進(jìn)、排氣阻力和換氣損失增加，經(jīng)濟(jì)性受到影響。在

相同功率時(shí)，增壓機(jī)比非增壓機(jī)的排量要小，機(jī)械損失也相對(duì)減小。因此，增壓機(jī)比非增壓

機(jī)的比油耗要小、等油耗的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)擴(kuò)大；另一方面，排量不變時(shí)降低轉(zhuǎn)速，機(jī)械損失也

減小，熱效率得到提高。

8）增壓機(jī)的主要零部件的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷增加。

二、增壓的衡量指標(biāo)

衡量指標(biāo)主要有增壓度和增壓比。

1、增壓度

增壓度4）是指內(nèi)燃機(jī)在增壓后的標(biāo)定功率和增壓前的標(biāo)定功率的差值，與增壓前標(biāo)定功

率的比值。增壓度表明增壓后功率增加的程度。

式中一增壓后、增壓前的標(biāo)定功率。

增壓度取決于所采用的增壓系統(tǒng)，采用中冷可使

增壓度提高。汽油機(jī)的增壓度受到爆燃的限制。柴油

機(jī)的增壓度受燃燒最高壓力的限制，通常以降低壓縮

比來補(bǔ)償。

現(xiàn)代四沖程柴油機(jī)的增壓度可達(dá)3以上，而車用

柴油機(jī)的增壓度不高，一般只有0.1—0.6左右。因

為車用柴油機(jī)要同時(shí)考慮車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排

放和成本等多方面要求。

2、增壓比

增壓比是指增壓器出口壓力與環(huán)境條件下大氣

壓力（或增壓器進(jìn)口壓力）的比值，簡稱壓比，用錯(cuò)誤!未找到引用源。表示。

Pb

式中錯(cuò)誤!未找到引用源。一增壓器出口壓力；

錯(cuò)誤!未找到引用源。一環(huán)境條件下大氣壓力。

通常錯(cuò)誤!未找到引用源。＜0.15MPa為低增壓；0.15MP〈錯(cuò)誤!未找到引用源。＜0.25MPa

為中增壓；0.25MPa〈錯(cuò)誤!未找到引用源。＜0.35MPa,錯(cuò)誤!未找到引用源。＞0.35MPa為超

高增壓。

三、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的種類

按增壓的工作原理，內(nèi)燃機(jī)增壓可分為：機(jī)械式增壓、容積式（進(jìn)氣管）增壓、氣波增壓、

廢氣渦輪增壓及復(fù)合增壓。

II、廢氣渦輪增壓

廢氣渦輪增壓在1905年由瑞士人（Bechi）提出，20世紀(jì)20年代開始用于柴油機(jī)。近年

來，汽油機(jī)增壓也頗受重視，應(yīng)用增多。

一、理論基礎(chǔ)

1、廢氣能量的利用

為了說明四行程汽油機(jī)廢氣能量利用情況，將其理論示功圖表示在圖右上。圖中3—a

為吸氣過程，進(jìn)氣壓力為入錯(cuò)誤!未找到引用源。；a-c-z-b是壓縮、燃燒、膨脹過程；b-5-4

是排氣過程，由于廢氣渦輪的存在，排氣背壓為錯(cuò)誤!未找到引用源。；2-3-a-0為壓縮進(jìn)入

氣缸所需之能量，由于錯(cuò)誤!未找到引用源。3-a-5-4為充量更換正功；i—g'—3—2為壓

縮掃氣空氣所需之能量，故壓氣機(jī)消耗的總能量為i-g,-a-o?

在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門打開時(shí)，氣缸中燃?xì)鉅顟B(tài)為b如果讓這些燃?xì)庠诶硐氲膬?nèi)燃機(jī)或渦輪機(jī)

中不出現(xiàn)任何損失的完全膨脹到大氣壓力時(shí)，燃?xì)馑哂凶畲笞鞴δ芰?-b-f（示功圖上

面積）它就是理論上有可能從廢氣中取得并用以作功的最大能量。

廢氣能量的利用與增壓系統(tǒng)的型式有關(guān)，一般廢氣渦輪增壓型有恒壓增壓系統(tǒng)和變壓增

壓系統(tǒng)（也稱脈沖增壓系統(tǒng)）兩種型式。

（a）恒壓系統(tǒng)（b）變壓系統(tǒng)

圖8-3廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種拓本型式

廢氣的全部能量E可以分為兩個(gè)部分：一部分為氣缸內(nèi)氣體由壓力錯(cuò)誤!未找到引用源。

膨脹到渦輪前氣體壓力錯(cuò)誤！未找到引用源。的膨脹能錯(cuò)誤！未找到引用源。，對(duì)應(yīng)面積為

5-b-e-5o另一部分是氣體在渦輪內(nèi)由壓力錯(cuò)誤!未找到引用源。膨脹到大氣壓力錯(cuò)誤!未找

到引用源。的膨脹能互錯(cuò)誤!未找到引用源。，對(duì)應(yīng)面積為e-f-i-g-e,其中包括i-g-4-2-i

面積所表示的掃氣空氣在渦輪中所作的功。

對(duì)于恒壓增壓系統(tǒng)是使所有氣缸的廢氣進(jìn)入一個(gè)容量足夠大的排氣總管，以維持管中恒

定的壓力錯(cuò)誤!未找到引用源。，見圖?，F(xiàn)在分析一下在恒壓增壓系統(tǒng)中渦輪作功的能量來源。

根據(jù)上述分析，渦輪作功來源由三個(gè)部分組成：1）面積i-g-4-2是掃氣空氣所給予的；

2）面積2-4-5T是活塞推出廢氣所作的功；3）真正從廢氣中取得的能量為面積l-5-e-f；因

此，廢氣所擁有的可用能量為1-b-f,而對(duì)恒壓增壓系統(tǒng)中面積為5-b-e-5的可用能量損失

掉了。這是因?yàn)閺U氣從氣缸流入大容量的排氣總管時(shí)，排氣門處產(chǎn)生節(jié)流、渦流等損失。如

果排氣管處在絕熱的情況下，則動(dòng)能錯(cuò)誤!未找到引用源。的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使廢氣的

容積增加了AVle-e'）同時(shí)渦輪前的溫度升高，這樣渦輪功的面積將增加一個(gè)

e-e'-f'-f,這就是從損失5-b-e中的復(fù)熱回收部分。錯(cuò)誤!未找到引用源。越高，則復(fù)熱

回收的比例越大。

變壓增壓系統(tǒng)是把排氣系統(tǒng)的容積作的盡量小，使壓力脈沖和動(dòng)能損失盡量小。為此，

可用一個(gè)渦輪或幾個(gè)禍輪，安裝在盡量靠近相應(yīng)的氣缸，同時(shí)把多缸機(jī)的排氣管分作幾個(gè)單

獨(dú)的支管以排除氣缸排氣的相互干擾，這時(shí)除可利用定壓廢氣能量錯(cuò)誤!未找到引用源。外,

還可利用錯(cuò)誤!未找到引用源。的一部分。這是因?yàn)榕艢馊莘e小且變化小，節(jié)流損失小。另

外排氣管截面較細(xì)，管中流速較高，部分動(dòng)能也可以在渦輪中加以利用。通常用錯(cuò)誤!未找

到引用源。表征脈沖增壓較恒壓增壓可多利用的廢氣能量程度，則

式中K一一能量錯(cuò)誤!未找到引用源。的利用系數(shù)。

下圖示出了及f隨增壓比錯(cuò)誤!未找到引用源。（錯(cuò)誤!未找到引用源。一壓氣機(jī)出口

壓力，錯(cuò)誤!未找到引用源。一壓氣機(jī)進(jìn)口壓力）的變化關(guān)系。當(dāng)錯(cuò)誤!未找到引用源。大

于2.5時(shí)，錯(cuò)誤!未找到引用源。值的變化較緩，說明脈沖增壓所得到的能量增益不大。

2、增壓空氣的中冷

根據(jù)式（8—1）可知要想提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率則需提高進(jìn)氣壓力加（增壓），但隨著錯(cuò)誤!未

找到引用源。的提高則進(jìn)氣溫度錯(cuò)誤!未找到引用源。也隨之升高，它不但限制了發(fā)動(dòng)機(jī)功

率的進(jìn)一步提高，而且還將引起排氣溫度升高，熱負(fù)荷增加。為此，將從壓氣機(jī)出來的高溫

氣體經(jīng)過在壓氣機(jī)與進(jìn)氣門之間設(shè)置的中冷器1使空氣冷卻降溫后再送入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中，

這樣增壓使錯(cuò)誤!未找到引用源。增加，中冷使錯(cuò)誤!未找到引用源。下降，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)

的功率得到更大的提高。其系統(tǒng)布置及工作路線如圖所示。根據(jù)一般車用汽油機(jī)的產(chǎn)品統(tǒng)計(jì)

可知：采用廢氣渦輪增壓其功率可提高30%—40%,增壓后中冷又可提高20%—30%左右。

因此在高性能車用發(fā)動(dòng)機(jī)中都采用增壓中冷型式。

二、壓氣機(jī)構(gòu)造

下圖為單級(jí)車用廢氣渦輪增壓器。左側(cè)為壓氣機(jī)，它由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)葉輪擴(kuò)壓器和壓

氣機(jī)殼等組成。

1.進(jìn)氣道

進(jìn)氣道的作用是將氣流有秩序地導(dǎo)入壓氣機(jī)的工作葉輪進(jìn)行壓縮。軸流式壓氣機(jī)進(jìn)氣氣

流沿軸向進(jìn)人工作輪，空氣進(jìn)入工作輪時(shí)的損失較小，這種結(jié)構(gòu)常用于小型增壓器。

2.壓氣機(jī)葉輪

葉輪的作用是在其旋轉(zhuǎn)時(shí)，使空氣在離心力的作用下，受到壓縮并甩向葉輪外緣，使空

氣的溫度、壓力和流速都增加。

葉輪的構(gòu)造如下圖所示。其結(jié)構(gòu)形式有半開式、開式和星形。

半開式葉輪葉片和輪盤相連，具有一定的強(qiáng)度和剛度，小型增壓機(jī)應(yīng)用較多。

開式葉輪只有輪鼓和葉片，葉片兩端是敞開的，摩棕流動(dòng)損失大，效率低，易引起振動(dòng),

目前較少采用。

星形葉輪是在半開式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。這種結(jié)構(gòu)能承受較高轉(zhuǎn)速，適用于高增壓機(jī)。

3.擴(kuò)壓器和出氣蝸殼

擴(kuò)壓器的作用是使流經(jīng)葉輪后的氣流速度降低，從而進(jìn)一步增加氣體的靜壓力。擴(kuò)壓器

的型式有兩種：一種是入口小出口大的無葉擴(kuò)壓器（縫隙式擴(kuò)壓器）；另一種是葉片式擴(kuò)壓器

兩種。

出氣蝸殼的作用是收集氣體，并將其引入增壓器的進(jìn)氣管，同.時(shí)繼續(xù)壓縮氣體，使從

擴(kuò)壓器出來的氣體再一次降低流速，以提高氣體的靜壓力。

圖8-4廢氣渦輪增建器

1一國鼠機(jī)死體2—壓氣機(jī)葉輪3-搞冷機(jī)亮體

4一憫輪5-支座6—獷壓器

氣速,增到量的和隨

氣高

，。流到找流比比率

降和升達(dá)未比壓壓效

形!

下力度，壓增增和

斂溫誤

有壓缸的。，比

收及錯(cuò)

B為賂，氣機(jī)小時(shí)壓

壓力速

式度絳和氣減小增

才多壓轉(zhuǎn)

形溫外管壓漸減，

片道、、4

的葉和輪氣為2.逐量小

券）氣度量0

b力葉進(jìn)稱比流減

樂進(jìn)密流2

壓到的，2.壓機(jī)續(xù)

擴(kuò)I！因的八0

其甩機(jī)系增氣繼

6壓,氣0

-），燃源關(guān)2.，壓

V并空0量

8葉4

換縮，內(nèi)用化性勢當(dāng)流

無—S

圖交引變I特趨，；

）8壓能入0

?量

熱，送到的彎下值

圖壓6流

1.

見有用為氣找量0比下速大

沒作流呈轉(zhuǎn)最

參轉(zhuǎn)空未4感

（!1.

界的分將氣0機(jī)線定達(dá)

輪誤氣

外力部后空2曲一率

葉與心然錯(cuò)隨1壓，在效

大0式

入比。加。、

量離能，。率0心

進(jìn)壓1

充受動(dòng)速源效0離增大比

向增的越壓

時(shí)流其降用和87

鈾此氣壓是比0-量比增

將引0

形道，使，增數(shù)壓8流壓，

式星?到6

氣加，器參0圖著增時(shí)

形）輪理續(xù)性找增0

c一進(jìn)動(dòng)作，值

粒3增壓繼未的隨

式原特4

葉沿有轉(zhuǎn)擴(kuò)，工!機(jī)0，高某

片0

機(jī)升作氣略輪人后作要誤氣看越到

氣）葉。

b-工空度葉進(jìn)殼工主錯(cuò)壓線速小

壓2示

式機(jī)，速于后渦機(jī)的率，曲轉(zhuǎn)減

5盤所

-開時(shí)，由入機(jī)效下速，量

匏氣然氣7

s8半壓作時(shí)，。進(jìn)壓氣熱速—轉(zhuǎn)關(guān)流

）一

圖?I式工道后長。式壓絕轉(zhuǎn)8等有當(dāng)

器氣輪增低。式和同圖中速；

心壓進(jìn)葉的降的心心。不如圖轉(zhuǎn)加

離增經(jīng)入大速目離離源在，從與增

、流進(jìn)較流的、用性小率

三流流有而壓四引特大效

之又降低。當(dāng)流量減小到一定值后，氣體進(jìn)入工作葉輪和擴(kuò)壓器的角度偏離設(shè)計(jì)工況，造成

氣流從葉片或擴(kuò)壓器上強(qiáng)烈分離，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈脈動(dòng)，并有氣體倒流，引起壓氣機(jī)工況不穩(wěn)

定，導(dǎo)致壓氣機(jī)振動(dòng)，并發(fā)出異常響聲，稱為喘振。將各轉(zhuǎn)速下的喘振點(diǎn)連接起來；構(gòu)成一

條喘振邊界線。喘振線的左邊為不穩(wěn)定區(qū)域，壓氣機(jī)只能在喘振線右側(cè)工作，即小供氣量時(shí)，

不能達(dá)到高增壓比。

從特性曲線中的等效率曲線來看，中間是高效率區(qū)。高效率區(qū)一般比較靠近喘振邊界線，

從中心向外，效率逐漸下降，特別在大流量低增壓區(qū)，效率下降很多。

五、渦輪機(jī)構(gòu)造與工作原理

徑流式渦輪機(jī)主要由進(jìn)氣渦殼，工作輪及出氣道等組成（參見圖8—4）。

進(jìn)氣渦殼把發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器連接起來，并使發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣均勻地進(jìn)入渦輪。在渦殼與工

作輪問裝有導(dǎo)向葉片（吸嘴環(huán)），其作用是將廢氣的壓朗有效地轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，使氣流具有一定

的方向和較均勻地高速進(jìn)入工作輪。高速運(yùn)動(dòng)的氣流沖擊著渦輪機(jī)的工作輪，使其高速旋轉(zhuǎn)，

并帶動(dòng)壓氣機(jī)工作。

m、增壓的特點(diǎn)及與內(nèi)燃機(jī)匹配

一、對(duì)車用增壓器的要求

與車用內(nèi)燃機(jī)相匹配的渦輪增壓器應(yīng)滿足以下要求：

D盡量小的轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量。車用機(jī)變工況多，起動(dòng)性、加速性必須良好，因而增壓器轉(zhuǎn)子的

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小。

2）最佳的渦輪轉(zhuǎn)速比。渦輪的效率與其速比有密切關(guān)系。速比最佳時(shí)，渦輪效率最高。

變工況時(shí)，由于轉(zhuǎn)速和進(jìn)口廢氣狀態(tài)變化，速比也發(fā)生變化，使禍輪效率下降。在葉輪尺寸

較小的情況下，只有提高溫輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。一般中等噸位的車用發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器的轉(zhuǎn)速，在每分

鐘10幾萬轉(zhuǎn)以上，轎車則可達(dá)25萬轉(zhuǎn)以上。

3）寬廣的壓氣機(jī)高效區(qū)。車用內(nèi)燃機(jī)流量變化范圍較寬，而壓氣機(jī)的效率和壓比隨工況

變化會(huì)明顯下降，高效區(qū)很窄。

4）較強(qiáng)的變工況適應(yīng)性。車用內(nèi)燃機(jī)工況變化大，導(dǎo)致渦輪噴嘴環(huán)出口的氣流速度發(fā)生

變化，則葉輪入口相對(duì)速度的方向和大小均發(fā)生變化，而入口導(dǎo)向葉片的幾何角度不變，氣

流將偏離最佳設(shè)計(jì)方向，使產(chǎn)生的沖擊損失較大，影響渦輪效率。這種現(xiàn)象在有葉噴嘴上反

映敏感，在無葉噴嘴上卻比較遲鈍。所以，車用增壓器宜采用無葉噴嘴渦輪，以增強(qiáng)工況的

適應(yīng)性。另外，為了滿足車用內(nèi)燃機(jī)低速下轉(zhuǎn)矩和排放指標(biāo)的要求，近年來還采用變截面增

壓器。

二、增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配

要使增壓器獲得良好的性能，渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)必須很好地匹配：

1）在標(biāo)定工況，必須達(dá)到預(yù)期的增壓壓力和空氣流量，以保證有足夠的過量空氣，使燃

燒完善。同時(shí)，要求渦輪前的徘氣溫度不能超過預(yù)定值，以保證熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷不致過高。

2)低工況時(shí)，保證有一定的空氣量，以滿足燃燒及降低熱負(fù)荷的要求。

3)增壓器對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍的適應(yīng)能力較強(qiáng)，渦輪機(jī)應(yīng)允許在較寬廣的范圍運(yùn)轉(zhuǎn)較大，高效率

區(qū)在整個(gè)工作范圍不發(fā)生喘振和渦輪機(jī)阻塞現(xiàn)象。

IV、車用內(nèi)燃機(jī)增壓的特殊問題及改善措施

一、車用內(nèi)燃機(jī)增壓的特殊問題

1.柴油機(jī)增壓的特殊問題

(1)熱負(fù)荷增加增壓柴油機(jī)進(jìn)氣的溫度是壓氣機(jī)出口溫度的函數(shù)，比非增壓機(jī)高至少

60-80℃o由于壓縮初溫升高，致使各工作循環(huán)的溫度相應(yīng)上升。同時(shí)，循環(huán)供油量增加后,

轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃亢蛽p失的熱量都隨著增加，表現(xiàn)于機(jī)油溫度、冷卻水溫度及排氣溫度顯

著提高。

對(duì)于渦輪增壓器來說，也存在熱負(fù)荷過大問題，有關(guān)的零部件會(huì)因熱負(fù)荷大而加速損壞。

隨著增壓速度的提高，熱應(yīng)力的問題將會(huì)更加突出。

(2)機(jī)械負(fù)荷增加隨著進(jìn)氣壓力的增高，柴油機(jī)的燃燒最高壓力也要增大。進(jìn)氣壓力

每增加0.IMPa,燃燒最高壓力就增加0.868MPa,壓力升高率劇增，柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷增

加很多。

(3)低速和加速排氣冒煙柴油機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于慣性作用，空氣增壓較差，柴油

棚，杯低諫區(qū)是官油燃燒，易冒黑煙。在加速時(shí)，由于慣性使壓氣機(jī)供氣滯后，也會(huì)出現(xiàn)冒

煙現(xiàn)象。

2.汽油機(jī)的特殊問題

汽油機(jī)增壓以后，除了熱負(fù)荷增加和機(jī)械負(fù)荷增加外，由于汽油機(jī)工況變化范圍更大，

并采用點(diǎn)燃式著火方式，增壓所帶來的問題更為特殊。

(1)爆燃傾向加大汽油機(jī)增壓后，由于熱負(fù)荷的增加，進(jìn)、排氣溫度升高，加上不能

加大掃氣來冷卻受熱零件，使熱負(fù)荷更高。如果不改變壓縮比和使用高辛烷值的汽油，爆燃

的傾向加劇。

(2)汽油機(jī)速度變化范圍大。整個(gè)速度范圍內(nèi)的功率差別大，使渦輪增壓器的匹配更難。

(3)瞬態(tài)響應(yīng)更差。由于汽油機(jī)增壓直接影響空氣和燃油量，因此，對(duì)速度變化的瞬態(tài)

響應(yīng)更差。

二、增壓內(nèi)燃機(jī)優(yōu)化措施

由于廢氣渦輪增壓可以明顯地提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能，降低比油耗及排放污染，徑小于

100mm的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)也越來越多地采用增壓技術(shù)。為獲得較為理想的效果，動(dòng)機(jī)必須采取相

應(yīng)的措施，才能完善其性能。

1.增壓柴油機(jī)的優(yōu)化措施

（1）降低熱負(fù)荷降低熱負(fù)荷的主要措施有增加冷卻掃氣量、溫度等。現(xiàn)代缸降低壓縮

空氣溫度和排氣

1）適當(dāng)增大進(jìn)排氣門的疊開角，每增加10°疊開角，可降低排氣溫度5匕左右。但疊開

角過大，會(huì)發(fā)生活塞與氣門相碰現(xiàn)象。

2）增大氣門登開期內(nèi)進(jìn)、排氣管壓差，每增加壓差O.OIMPa,每循環(huán)每氣缸可增加掃氣

量0.02g。增大壓差的主要途徑是合理設(shè)計(jì)進(jìn)、排氣歧管，增大進(jìn)排氣門的時(shí)間（截面）。

3）增壓中間冷卻，壓縮空氣每降低燃燒最高溫度可降低2—3（。因此，對(duì)增壓空

氣進(jìn)行中間冷卻，冷卻后的壓縮空氣進(jìn)入進(jìn)氣管。中間冷卻使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣密度進(jìn)一步提高，

在不增加熱負(fù)荷的情況下，可提高功率12%—15%,同時(shí)還有利于降低NOx的排放。

4）強(qiáng)化冷卻系統(tǒng)。改善機(jī)油冷卻條件和曲軸箱通風(fēng)，增大機(jī)油散熱器散熱面積；改善冷

卻系工作條件，適當(dāng)調(diào)整水泵容量，提高水泵轉(zhuǎn)速，增大散熱水箱散熱面積，增大風(fēng)扇直徑

等。

5）改善供油系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)。柴油機(jī)增壓后，循環(huán)供油量增大。適當(dāng)調(diào)整供油系統(tǒng)、合

理組織燃燒過程，對(duì)降低熱負(fù)荷很有作用?？梢酝ㄟ^縮短供油時(shí)間、強(qiáng)化燃撓室中油氣的混

合，適當(dāng)降低供油提前角，使滯燃期縮短，工作柔和。

（2）降低機(jī)械負(fù)荷的措施

1）適當(dāng)降低壓縮比，可以降低燃燒最高壓力，從而對(duì)降低機(jī)械負(fù)荷有利。

2）適當(dāng)減小供油提前角，使燃燒的最高壓力下降，既減小了熱負(fù)荷，又緩解了機(jī)械負(fù)荷。

3）調(diào)整渦輪增壓器，適當(dāng)增大噴嘴環(huán)面積，使增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，壓氣機(jī)出口壓力降

低，柴油機(jī)最大爆發(fā)壓力減小，機(jī)械負(fù)荷減小。還可適當(dāng)增大壓氣機(jī)及渦輪的渦殼來調(diào)整壓

縮比、流量及效率范圍，以優(yōu)化匹配。

4）優(yōu)化供油系統(tǒng)。

5）采用特殊結(jié)構(gòu)，如：可變壓縮比增壓系統(tǒng)、變截面增壓器、低溫高增壓系統(tǒng)、冒煙*

限制器等。

2.增壓汽油機(jī)的優(yōu)化

汽油機(jī)增壓的主要問題是爆燃傾向加劇，應(yīng)有效地消除草成小爆燃。

1）采用辛烷值高的燃料或降低壓縮比。

2）采用廢氣再循環(huán)，降低燃撓最高溫度和壓力。

3）燃燒室設(shè)計(jì)更緊湊。

4）采用中間冷卻技術(shù)，降低充氣溫度。

5）選擇適當(dāng)?shù)脑鰤憾取?/p>

首先來介紹一下渦輪的歷史，說到渦輪增壓技術(shù)，它已經(jīng)有100多年

歷史了。在1905年AlfredBuchi博士就申請(qǐng)了第一款渦輪增壓器的

專利-動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的軸向增壓器。而世界上最早的由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增

壓器出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)的1912年，已經(jīng)快有100年的歷史了，最出的

機(jī)械化批量生產(chǎn)出現(xiàn)在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期的1944年，是當(dāng)時(shí)的參

戰(zhàn)國美國首先將其運(yùn)動(dòng)到軍用戰(zhàn)斗機(jī)上的。到了1961年，小轎車開

始試探性地安裝增壓器，但因?yàn)樗查g產(chǎn)生的巨大壓力和熱量，使安裝

后效果并不理想。而世界上最早將源于航空領(lǐng)域的渦輪增壓器技術(shù)應(yīng)

用到民用汽車領(lǐng)域的汽車制造商就是Saab薩博，Saab薩博作為通

用汽車最具個(gè)性化特色的品牌，來自瑞典、成立于1937年，SAAB就

是“瑞典飛機(jī)公司”(SvenskaAeroplanAktiebolaget)的字頭縮寫，

全球第一款渦輪增壓汽車發(fā)動(dòng)機(jī)更是出自薩博之手，1977年問世的

Saab薩博99汽車，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在應(yīng)用渦輪增壓技術(shù)上，真正開始

走向成熟，它的到來同時(shí)宣告了汽車產(chǎn)業(yè)一個(gè)新時(shí)代的誕生。渦輪增

壓技術(shù)改寫了“排量大小決定功率”的傳統(tǒng)概念。憑借近70年制造

飛機(jī)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，薩博造就了具有獨(dú)特的北歐風(fēng)格、從造型到性能

都充滿個(gè)性的運(yùn)動(dòng)型轎車。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)不僅在功率和扭矩的性

能數(shù)據(jù)上有出色的表現(xiàn)，更能在日常使用中享受到同排量車無法匹敵

的動(dòng)力輸出。Saab薩博9-3Vector2.0TS就是這么一款車，裝備了

2.0升強(qiáng)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的Saab薩博9-3Vector2.0TS可以在5300

轉(zhuǎn)時(shí)輸出驚的155kW的功率，這一指標(biāo)幾乎已經(jīng)趕上普通轎車3.0排

量的自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)。也就是說在某一程度上，這款四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)

品所產(chǎn)生的功率與普通六缸發(fā)動(dòng)機(jī)是等效的，這樣帶來的優(yōu)點(diǎn)很明

顯，不僅不需要為了追求高速率來花更多的費(fèi)用購買大排量汽車，并

且發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)噪音更小，而且采用分量較輕的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)降低整車重

量、減少油耗更是大有益處。其實(shí)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)有這么多的優(yōu)點(diǎn)，

但它的核心部分簡單說就是一個(gè)氣泵，從發(fā)動(dòng)機(jī)排出來的廢氣來驅(qū)動(dòng)

渦輪增壓器一側(cè)的葉片，當(dāng)這一側(cè)的葉片加快旋轉(zhuǎn)速度時(shí)，另一側(cè)的

葉片也在同步加速，從而大大增加了進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的進(jìn)氣量。雖

然原理簡單但實(shí)際上它是很復(fù)雜和精密的，不僅需要內(nèi)部配件的嚴(yán)密

配合，渦輪增壓器還要與發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)密匹配，否則就會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效

率甚至造成損壞。

什么增壓器？簡單地說，它就相當(dāng)于一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)，將更多新鮮空氣壓

入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室，改善燃燒效率，從而在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積的

情況下提高動(dòng)力輸出。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上既然可以存在機(jī)油泵、汽油泵、

水泵、轉(zhuǎn)向助力泵等用來“搬運(yùn)”各種液體的設(shè)備，為什么不可以再

增加一個(gè)“空氣泵”呢？不過這聽起來好像很淺顯，將其從理論變?yōu)?/p>

現(xiàn)實(shí)的過程可就曲折多了。

其實(shí)早在內(nèi)燃機(jī)剛剛發(fā)明不久后19世紀(jì)末期，德國人就產(chǎn)生了

類似的念頭。不過嚴(yán)格來說，最早的機(jī)械增壓器應(yīng)該是在20世紀(jì)最

初十年內(nèi)由美國人查德維克開發(fā)出來的，而第一個(gè)由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪

增壓器則是由瑞士人AlfredBuchi博士于1909年研究出來的。渦輪

增壓器的英文名稱Turbocharger也是為了與Supercharger有所區(qū)

分?？上г诋?dāng)時(shí)，這一概念并未被多數(shù)人所接受。

直到數(shù)年后，能為發(fā)動(dòng)機(jī)帶來更多動(dòng)力的增壓器才開始逐步進(jìn)入

實(shí)用階段。1925年，兩艘德國船只上首次成功應(yīng)用了2000馬力的渦

輪增壓柴油機(jī)，這也促使Buchi博士的廢氣渦輪增壓器很快在歐洲、

美國和日本獲得了生產(chǎn)權(quán)。從20世紀(jì)30年代開始，增壓器被大量運(yùn)

用到船只、有軌機(jī)動(dòng)車及固定式機(jī)器。

不過，增丈夫器歸初的廣泛應(yīng)用卻是在航空工業(yè)。第一次世界大

戰(zhàn)期間，為了讓飛機(jī)（當(dāng)時(shí)都是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)）獲得更快的速度和更高

的升限，軍用飛機(jī)率先試探性地使用了這兩種不同的增壓裝置。不久

之后爆發(fā)的第二次世界大戰(zhàn)進(jìn)一步刺激了技術(shù)方面的長足進(jìn)步。最著

名的采用渦輪增壓技術(shù)的大概就是二戰(zhàn)末期轟炸柏林的主力轟炸機(jī)

型B17“空中堡壘”了，其動(dòng)力系統(tǒng)安裝了通用電器公司生產(chǎn)的渦輪

增壓器和Garrett生產(chǎn)的冷卻器。而生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的勞斯萊斯則以

機(jī)械增壓器著稱，英軍主力戰(zhàn)斗機(jī)“噴火”和轟炸機(jī)“蘭開斯特”，

以及美軍的P51“野馬”戰(zhàn)斗要等，都裝有二戰(zhàn)期間最出色的勞斯萊

斯“灰背隼”發(fā)動(dòng)機(jī)。

至于在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，機(jī)械增壓器無穎更先得到青睞，產(chǎn)品成

熟也相對(duì)早很多。20世紀(jì)20-30年代，當(dāng)價(jià)格高昂的渦輪增壓器仍

然只被用在航空領(lǐng)域時(shí)，機(jī)械增壓器已早就橫掃歐美各大賽道了。那

個(gè)年代知名度最高的兩部賽車分別來自AUT0UNI0N（奧迪的前身）和奔

馳。AUT0UNI0N在賽車上安裝了一臺(tái)增壓值為1.8巴的兩級(jí)機(jī)械增壓

6.0升發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮比9.2：1,并以甲醇作為燃料，在5000轉(zhuǎn)/分時(shí)

可輸出520馬力的最大功率，另一部同樣采用兩級(jí)機(jī)械增壓器的奔馳

M125則能釋放出646馬力。

渦輪增壓器進(jìn)入汽車愛好者的視野已是數(shù)十年以后的事情了。進(jìn)

入50年代，GRANDPRIX大獎(jiǎng)賽規(guī)則進(jìn)行了修改，使得法拉利的自然

進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸在歐洲賽場顯現(xiàn)統(tǒng)治地位，機(jī)械增壓器開始從賽場上

引退，并從此大量進(jìn)入了高性能改裝車市場。由于沒有功率限制，很

多公司陸續(xù)生產(chǎn)了更強(qiáng)力的機(jī)械增壓器，而唯一對(duì)這種裝置的制約可

能就是價(jià)格了。

60年代對(duì)機(jī)械增壓器貢獻(xiàn)最大的應(yīng)屬美國。隨著小型化機(jī)械增

壓器的大批出現(xiàn)和可以直接安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上的便利性，追求大功率的

車迷對(duì)V8發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改裝后往往都會(huì)再安上一個(gè)夸張的機(jī)械增壓

器。這期間最具代表性的可能就是McCulloch和Frenzel等企業(yè)了。

進(jìn)入70年代后，為了能在NASCAR比賽中與雪佛蘭的V8發(fā)動(dòng)機(jī)一爭

高下，福特請(qǐng)McCulloch為其專門設(shè)計(jì)機(jī)械增壓器，而400米直線競

速也推動(dòng)了增壓發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)靡美國市場。

很明顯，渦輪增壓器的使用歷史遠(yuǎn)沒有機(jī)械增壓器那么輝煌顯

赫。直到20世紀(jì)50年代，航空燃?xì)廨啓C(jī)的出現(xiàn)帶動(dòng)了耐熱材料的發(fā)

展和開發(fā)高溫材料的精密鑄件技術(shù)的重大革新，對(duì)渦輪增壓器的發(fā)展

產(chǎn)生了意義深遠(yuǎn)的影響。此外，滑動(dòng)軸承的發(fā)明也為其進(jìn)一步發(fā)展打

下了基礎(chǔ)。借助于滑動(dòng)軸承，目前廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速普遍能達(dá)到

150000-170000轉(zhuǎn)/分，這是傳統(tǒng)的滾珠軸承難以企及的。

以生產(chǎn)航空渦輪增壓器著稱的Garrett公司最終解決了渦輪增

壓器的技術(shù)屏障，推動(dòng)了渦輪增壓器進(jìn)入民用汽車市場。不過當(dāng)60

年代渦輪增壓器第一次使用于雪佛蘭民用車上時(shí)，幾乎是以悲劇收?qǐng)?/p>

的，它因可靠性較差很快退出了市場。不過在商用車領(lǐng)域，渦輪增壓

器的發(fā)展歷程倒是相對(duì)順利。從50年代，康明斯、沃爾沃和斯堪尼

亞等主要的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商開始研究在卡車上運(yùn)用廢氣渦輪增壓器技

術(shù)，而德國工程師kurtBeirer設(shè)計(jì)出了一臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊的廢氣渦輪增

壓器，解決了自身體積過大，并在柴油卡車上得到廣泛運(yùn)用。

渦輪增壓器真正在民用柴油車上大批使用已經(jīng)是70年代了，奔

馳300SD和大眾高爾夫增壓柴油版是當(dāng)時(shí)最具代表性的車輛了。使用

渦輪增壓器也突然變?yōu)榉浅r(shí)髦的事情，各公司都有起碼一款高配置

的車型使用該裝置，甚至被視為高科技和高檔的象征。那個(gè)時(shí)代下誕

生了不少即使現(xiàn)在看來仍十分經(jīng)典的車型，比如1973年款寶馬

2002Turbo,1974年款保時(shí)捷911Turbo,以及稍晚的薩博900Turbo

等等，甚至法拉利都推出過幾款渦輪增壓車型。

二十多年后的今天，增壓器已不再單純地用來提升運(yùn)動(dòng)性能，同

樣也是改善燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染物的有效手段，因?yàn)樗苤苯?/p>

有效地優(yōu)化燃燒效率。不過正如你可能了解到的，直到目前炎上，增

壓器在汽油機(jī)上的運(yùn)用遠(yuǎn)不如在柴油機(jī)上廣泛，因?yàn)閺募夹g(shù)特性來

看，柴油機(jī)更需要增壓器的幫助。

汽油機(jī)比柴油機(jī)增壓困難的原因

汽油機(jī)增壓比柴油機(jī)增壓要困難的多，其主要原因是：

1）汽油機(jī)增壓后爆燃傾向增加。

2）由于汽油機(jī)混合氣的過量氣系數(shù)小，燃燒溫度高，因此增壓后汽

油機(jī)和渦輪增壓器的熱負(fù)荷大。

3）車用汽油機(jī)工況變化頻繁，轉(zhuǎn)速和功率范圍寬廣，致使渦輪增壓

器與汽油機(jī)的匹配相當(dāng)困難。

4）渦輪增壓汽油機(jī)的加速性較差。當(dāng)節(jié)氣門突然開大要求混合氣量

迅速增加時(shí)，卻由于增壓器轉(zhuǎn)子的慣性，使增壓器加速遲緩，發(fā)動(dòng)機(jī)

進(jìn)氣量的增加將滯后一段時(shí)間。完全消除渦輪增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況變

化的影響滯后現(xiàn)象比較困難。

采取的措施

1）在電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)行汽油機(jī)增壓，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)與渦

輪增壓器匹配的困難。應(yīng)用電控技術(shù)可以極其方便地對(duì)汽油機(jī)增壓系

統(tǒng)進(jìn)行爆燃控制，放氣控制和排放控制等。

2）應(yīng)用點(diǎn)火提前角自適應(yīng)控制，來克服由于增壓而增加的爆燃傾向。

利用裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的爆燃傳感器檢測爆燃信息，并將其傳輸給電控單

元（ECU）,電控單元?jiǎng)t發(fā)出指令推遲點(diǎn)火以消除爆燃。待爆燃消除后,

自適應(yīng)地逐步加大點(diǎn)火提前角，使發(fā)動(dòng)機(jī)在比較理想的狀況下工作。

3）對(duì)增壓后的空氣進(jìn)行中間冷卻。這樣對(duì)提高功率，降低油耗，降

低熱負(fù)荷和減輕爆燃都十分有利。

4）采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩小，加速

性差。為了獲得低速、大轉(zhuǎn)矩和良好的的加速性，轎車由渦輪增壓的

設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速常為標(biāo)定轉(zhuǎn)速的40%。但在高轉(zhuǎn)速時(shí)，增壓壓力將會(huì)過高，

增壓器可能超速。過高的增壓壓力使汽油機(jī)熱負(fù)荷過大并發(fā)生爆燃,

為此必須采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置，以控制增壓壓力。最為簡單而又十

分有效的這類裝置是進(jìn)排氣旁通閥或放氣閥。

增壓就是將空氣預(yù)先壓縮然后再供入氣缸，以期提高空氣密度、增加

進(jìn)氣量的一項(xiàng)技術(shù)。由于進(jìn)氣量增加，可相應(yīng)地增加循環(huán)供油量，從

而可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。同時(shí)，增壓還可以改善燃油經(jīng)濟(jì)性。實(shí)踐證

明，在小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上采用渦輪增壓或機(jī)械增壓，當(dāng)汽車以正常的

經(jīng)濟(jì)車速行駛時(shí)，不僅可以獲得相當(dāng)好的燃油經(jīng)濟(jì)性，而且還由于發(fā)

動(dòng)機(jī)功率增加，可以得到駕駛?cè)怂谕牧己玫募铀傩?/p>

第一節(jié)概述

增壓有渦輪增壓、機(jī)械增壓和氣波增壓等三種基本類型。實(shí)現(xiàn)空氣增

壓的裝置稱為增壓器。各種增壓類型所用的增壓器分別稱為渦輪增壓

器、機(jī)械增壓器和氣波增壓器。

機(jī)械增壓器由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動(dòng)，或由曲軸齒形傳動(dòng)帶輪

經(jīng)齒形傳動(dòng)帶及電磁離合器驅(qū)動(dòng)。機(jī)械增壓能有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)功

率，與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。另外，機(jī)械增壓器與發(fā)

動(dòng)機(jī)容易匹配，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但是，由于驅(qū)動(dòng)增壓器需消耗發(fā)動(dòng)

機(jī)功率，因此燃油消耗率比非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)略高。

排氣管

齒輪增速器乜

齒輪驅(qū)動(dòng)齒形帶驅(qū)動(dòng)

機(jī)械增壓示意圖

渦輪增壓器由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)構(gòu)成。將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣引入渦輪

機(jī)，利用廢氣所包含的能量推動(dòng)渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)與其同軸安

裝的壓氣機(jī)葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機(jī)內(nèi)增壓后進(jìn)入氣缸。渦輪增

壓也稱排氣渦輪增壓，渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)沒有機(jī)械的聯(lián)系。渦輪增

壓的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性比機(jī)械增壓和非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)都好，并可大幅度地降

低有害氣體的排放和噪聲水平。渦輪增壓的缺點(diǎn)是低速時(shí)轉(zhuǎn)矩增加不

多，而且在發(fā)動(dòng)機(jī)工況發(fā)生變化時(shí)，瞬態(tài)響應(yīng)差，致使汽車加速性，

特別是低速加速性較差。

渦輪增壓示息圖

氣波增壓器中有一個(gè)特殊形狀的轉(zhuǎn)子，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動(dòng)帶驅(qū)

動(dòng)。在轉(zhuǎn)子中發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣直接與空氣接觸，利用排氣壓力波使

空氣受到壓縮，以提高進(jìn)氣壓力。氣波增壓器結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，

工作溫度不高，不需要耐熱材料，也無需冷卻。與渦輪增壓相比，其

低速轉(zhuǎn)矩特性好，但是體積大，噪聲高，安裝位置受到一定的限制。

目前，這種增壓器還只能在低速范圍內(nèi)使用。由于柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速

比較低，因此多用于柴油機(jī)上。

氣波增壓示意圖

第二節(jié)機(jī)械增壓

一、機(jī)械增壓系統(tǒng)

電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)上所采用的一種機(jī)械增壓系統(tǒng)示意圖。圖中機(jī)

械增壓器6為羅茨式壓氣機(jī)，由曲軸帶輪12經(jīng)傳動(dòng)帶和電磁離合器

帶輪11驅(qū)動(dòng)增壓器6工作。空氣經(jīng)增壓器增壓后再經(jīng)中冷器7降溫,

然后進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不需要增壓，這時(shí)電控單

元(ECU)17根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器3的信號(hào)，使電磁離合器斷電，增

壓器停止工作。與此同時(shí)，電控單元向進(jìn)氣旁通閥5通電使其開啟，

空氣經(jīng)旁通閥及旁通管道進(jìn)入氣缸。爆燃傳感器9安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體

上，它將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆燃的信號(hào)傳輸給電控單元，電控單元?jiǎng)t發(fā)出相

應(yīng)的指令減小點(diǎn)火提前角，以消除爆燃。

1-空氣洗酒器；2-空氣流量計(jì)；3-節(jié)氣門及節(jié)氣門位置傳感器；4-怠速空氣

控制液；6進(jìn)氣旁通同；6-機(jī)械增壓器；7-中冷器；8-噴油器；9-爆便傳感

器：10-冷卻液溫度傳感器；11-電班離合器帶輪：12-曲軸帶輪：13-氧傳感

器；14-三效催化轉(zhuǎn)換器：15-分電器；16-點(diǎn)火線圈；17-電控單元（ECU）

電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械增壓系統(tǒng)示意圖

機(jī)械增壓器工作原理

自從人類發(fā)明內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以來,汽車工程師、追求極速的車手和賽車

設(shè)計(jì)師們一直都在尋找提升其動(dòng)力的方法。其中一種方法是建造更

大的發(fā)動(dòng)機(jī)。但大型發(fā)動(dòng)機(jī)也并不總是盡如人意，發(fā)動(dòng)機(jī)越大，重

量就越重，制造和維護(hù)成本也就越高。

福特Ranger在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋下安裝了機(jī)械增壓

器。

另一種方法是提高普通規(guī)格發(fā)動(dòng)機(jī)的效率?？梢酝ㄟ^將更多的空氣

壓入燃燒室來實(shí)現(xiàn)這一目的。更多的空氣意味著可以注入更多的燃

油，而更多燃油則意味著更強(qiáng)勁的爆發(fā)力和更大的馬力。安裝機(jī)械

增壓器是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制進(jìn)氣的好方法。在本文中，我們將解釋機(jī)械增壓

器的概念、工作原理以及其與渦輪增壓器的差異。

機(jī)械增壓器基礎(chǔ)知識(shí)

機(jī)械增壓器是將吸入的空氣加壓到超過正常氣壓的裝置。機(jī)械增壓

器和渦輪增壓器均是如此。實(shí)際上，“渦輪增壓器”一詞是其正式

名稱“渦輪式機(jī)械增壓器”的簡寫。

ksShopper網(wǎng)站供圖

雙螺旋式機(jī)械增壓器

這兩種裝置的不同之處在于它們的能量來源不同。渦輪增壓器是借

助排出的巨大氣流來驅(qū)動(dòng)渦輪的。而機(jī)械增壓器則由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通

過傳動(dòng)帶或傳動(dòng)鏈帶動(dòng)的。

普通四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)沖程專門用于進(jìn)氣。這一過程有三個(gè)步驟:

1.活塞往下運(yùn)動(dòng)。

2.制造真空狀態(tài)。

3.依靠大氣壓將空氣吸入燃燒室。

當(dāng)空氣被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)后，便和燃油混合形成油氣混合物。此混合物能

夠通過燃燒這一化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換成有用動(dòng)能。火花塞通過點(diǎn)燃空氣和

燃油的混合氣體引起此化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)燃油發(fā)生氧化時(shí)，會(huì)釋放大量

能量。此過程產(chǎn)生的力量集中在氣缸蓋上，這股力量將推動(dòng)活塞，

使活塞產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終這股動(dòng)力會(huì)傳遞到車輪上。

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一臺(tái)安裝了機(jī)械增壓器的基本發(fā)動(dòng)機(jī)

向燃燒室注入更多的燃油將會(huì)產(chǎn)生更為強(qiáng)勁的燃燒爆發(fā)力。但不能

僅僅向發(fā)動(dòng)機(jī)中增加燃油，因?yàn)槿紵加托枰獓?yán)格數(shù)量的氧氣。這

種經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的混合物，空氣和燃油的比例應(yīng)控制在14:1,

這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。所以重點(diǎn)在于：若要注入更多的

燃油，就必須吸入更多的空氣。

這就是機(jī)械增壓器的作用。機(jī)械增壓器通過將空氣壓縮至正常大氣

壓以上來吸入更多的空氣，而不是通過制造真空狀態(tài)來吸入空氣。這

樣就可以強(qiáng)制更多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，從而導(dǎo)致“增壓”。發(fā)動(dòng)機(jī)

增壓后會(huì)吸入更多空氣，從而向燃燒室注入更多的燃油，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)

力也會(huì)增強(qiáng)。機(jī)械增壓器平均可提高46%的馬力和31%的扭矩。在

海拔較高的地方，發(fā)動(dòng)機(jī)性能會(huì)降低，因?yàn)槟抢锏目諝饷芏群蛪毫Χ?/p>

比較低，而機(jī)械增壓器只有向發(fā)動(dòng)機(jī)提供壓力更高的空氣，才能保證

其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)最佳。

渦輪增壓器利用燃燒產(chǎn)生的廢氣向壓縮機(jī)提供動(dòng)力，與之不同的是,

機(jī)械增壓器直接從曲軸獲取動(dòng)力。大部分機(jī)械增壓器都通過一條附

屬的傳動(dòng)帶獲得動(dòng)力，這根傳動(dòng)帶纏繞在皮帶輪上，皮帶輪連接在一

個(gè)主動(dòng)齒輪上。而主動(dòng)齒輪則會(huì)旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)齒輪。壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子可

以有多種設(shè)計(jì)，但它的任務(wù)是吸入空氣，將空氣壓入更小的空間，并

注入進(jìn)氣岐管中。

皮帶輪

主動(dòng)齒輪

推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)齒輪

內(nèi)部油齒輪

ProChargerDISC離心式機(jī)械增壓器

為了壓縮空氣，機(jī)械增壓器必須急速旋轉(zhuǎn)，甚至比發(fā)動(dòng)機(jī)本身轉(zhuǎn)得還

要快。將主動(dòng)齒輪做得比壓縮機(jī)齒輪大，就能使壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)得更快。

機(jī)械增壓器的轉(zhuǎn)速每分鐘能高達(dá)5-6.5萬轉(zhuǎn)。

5萬轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)能產(chǎn)生大約41-62千帕的壓強(qiáng)。在特定海拔高度，

這會(huì)產(chǎn)生比大氣壓高41-62千帕的壓力。而海平面的大氣壓為

1012.8百帕，因此大約會(huì)多出50%的空氣被機(jī)械增壓器壓入發(fā)動(dòng)機(jī)

中。

空氣受到壓縮會(huì)變熱，這意味著空氣密度會(huì)降低，同時(shí)也會(huì)減少爆炸

過程中空氣的膨脹程度。這就無法在火花塞點(diǎn)燃混合氣體后產(chǎn)生足

夠的動(dòng)力。為使機(jī)械增壓器發(fā)揮全部效率，從排氣裝置排出的壓縮

空氣必須在進(jìn)入進(jìn)氣歧管前加以冷卻。中間冷卻器的出現(xiàn)解決了這

一問題。中間冷卻器有兩種基本設(shè)計(jì)：風(fēng)冷和水冷。它們的工作

原理類似于散熱器，即讓較涼的空氣或水流過導(dǎo)管，帶走熱量。當(dāng)

熱空氣離開機(jī)械增壓器碰到較涼的導(dǎo)管時(shí)，它便會(huì)冷卻下來。隨著

空氣溫度降低，其密度會(huì)變高，這樣就會(huì)使密度較高的混合燃?xì)膺M(jìn)入

燃燒室。

機(jī)械增壓器的類型

機(jī)械增壓器的類型有四種：魯式（Roots）、雙螺旋式。離心式和羅氏

增壓器。它們的主要區(qū)別在于將空氣吸入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的方式不

同。魯式和雙螺旋式機(jī)械增壓器使用不同類型的嚙合凸緣，而離心

式機(jī)械增壓器使用葉輪吸入空氣。盡管這三種設(shè)計(jì)都能產(chǎn)生增壓效

果，但在效率上卻有很大差別。各個(gè)類型的機(jī)械增壓器都有不同的

尺寸，具體選擇哪一種取決于您是只想提升汽車的動(dòng)力，還是想去參

加賽車運(yùn)動(dòng)。

魯式機(jī)械增壓器是最老式的一種設(shè)計(jì)。1860年,Philander和Francis

Roots申請(qǐng)了魯式機(jī)械增壓器的設(shè)計(jì)專利，作為幫助礦井通道通風(fēng)的

機(jī)器。1900年，GottleibDaimler首次在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中安裝了魯式

機(jī)械增壓器。

機(jī)械增壓器工作原理

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魯式機(jī)械增壓器

當(dāng)嚙合凸緣旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣會(huì)被吸入凸緣之間的氣槽中，然后在進(jìn)氣口

和排氣口之間傳送。大量的空氣將進(jìn)入進(jìn)氣歧管，并“累積”起來

產(chǎn)生正壓力。也正因?yàn)槿绱耍斒綑C(jī)械增壓器只不過是鼓風(fēng)機(jī)，而

“鼓風(fēng)機(jī)”