內燃機的增壓第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日第十章內燃機的增壓

第一節增壓的基本概念增壓就是利用專用的裝置（增壓器）在進氣過程中采用強制的方法，將新鮮氣體送入氣缸，其進氣量大大高于自然進氣的進氣量，其平均有效壓力的數值可以大幅度提高。內燃機增壓后，其功率提高程度稱為增壓度。內燃機增壓后，進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燃機的功率指標也有一定的限度，主要受機械負荷、熱負荷、制造增壓器的耐熱材料許用溫度的限制。第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日

增壓的方式主要有機械增壓、渦輪增壓和氣波增壓三種，各自的結構工作的原理各不相同，但都可以起到增加進氣壓力的作用。

最早的增壓器是機械增壓，在剛發明時被稱為超級增壓器(Supercharger)，渦輪增壓發明之后為了區隔兩者，將渦輪增壓器稱為Turbo

Supercharger，機械增壓則被稱為Mechanical

Supercharger，后來，兩者就分別被簡化為Turbocharger與Supercharger了。

第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日第二節機械增壓由機械增壓器產生壓力，達到增壓的效果，其低速增壓效果好，機構比較緊湊，但驅動增壓器需消耗發動機功率，燃油消耗率略高。第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日

機械增壓器壓縮機的驅動力來自引擎曲軸，一般都是利用皮帶連接曲軸皮帶輪，間接將曲軸運轉的扭力帶動增壓器，達到增壓目的。依構造不同，機械增壓出現過許多種類，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子兩種型式，以雙葉轉子較普遍，其構造是在橢圓形的殼體中裝兩個繭形的轉子，轉子之間有極小的間隙而不直接相連，借由螺旋齒輪連動，其中一個轉子的轉軸與驅動的皮帶輪連接，轉子轉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,離合器則由計算機控制以達到省油的目的。第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日

機械增壓的特征，除了在低轉速便可獲得增壓外，增壓的動力輸出也與曲軸轉速成一定的比例，即機械增壓引擎的油門反應隨著轉速的提高，動力輸出隨之增強，因此機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。第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日第三節渦輪增壓

渦輪增壓的原理是利用引擎運轉時所排出來的廢氣,用廢氣來轉動渦輪增壓器中的排氣側轉子,而排氣側轉子與進氣側轉子(Compressor)是同軸異室,當排氣側轉子達到一定轉速時它帶動另一側的Compressor,使Compressor轉子引進外來的新鮮空氣,經過壓縮倒入進氣歧管內,因此Turbo車的進氣是非自然方式,是經過"吸進來,再壓縮"所以空氣壓力是大于大氣壓力的。第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日

渦輪增壓的主要作用就是提高發動機進氣量，從而提高發動機的功率和扭矩，讓車子更有勁。一臺發動機裝上渦輪增壓器后，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動機在經過增壓之后能夠產生更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發動機來說，經過增壓之后，動力可以達到2.4L發動機的水平，但是耗油量卻比1.8發動機并不高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經濟性和降低尾氣排放。第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日渦輪增壓器的結構及工作原理

渦輪增壓器由離心式壓氣機和徑流式渦輪機及中間體三部分組成。增壓器軸5通過兩個浮動軸承9支承在中間體14內。中間體內有潤滑和冷卻軸承的油道，還有防止潤滑油漏入壓氣機或渦輪機中的密封裝置等。

離心式壓氣機由進氣道6、壓氣機葉輪3、無葉式擴壓管2及壓氣機渦殼1等組成。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日

當壓氣機旋轉時，空氣經進氣道進入壓氣機葉輪，并在離心離的作用下沿著壓氣機葉片1之間形成的流道，從葉輪中心流向葉輪的周邊。空氣從旋轉的葉輪獲得能量，使其流速、壓力和溫度均有較大的提高，然后進入葉片式擴壓管3。擴壓管為漸擴形流道，空氣流過擴壓管時減速增壓，溫度也有所提高。在擴壓管中，空氣所具有的大部分動能轉變為壓力能。

擴壓管分葉片式和無葉片式兩種，右圖為葉片式，而無葉片式擴壓管就是由渦殼和中間體側壁所形成的環形空間，如圖7-11所示。其結構簡單，工況變化對壓氣機效率的影響很小，適用于車用增壓器。葉片式擴壓管優點是擴壓比大，壓氣機效率高，但結構復雜，工況變化對壓氣機效率有較大的影響。第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日

渦殼的作用是收集從擴壓管中流出的空氣，將其引向壓氣機出口，空氣在渦殼中繼續減速增壓，完成由動能轉變為壓力能的過程。壓氣機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

渦輪機作用是將發動機排氣的能量轉變為機械功。徑流式渦輪機由渦殼、噴管、葉輪和出氣道等組成。發動機排氣經渦殼引導進入葉片式噴管3。噴管是由相鄰葉片之間構成的減縮形流道。排氣流過噴管時降壓、降溫、增速、膨脹，使排氣的壓力能轉變為動能。從噴管高速流出的廢氣沖擊葉輪1，并在葉片2所形成的流道中繼續膨脹做功，推動葉輪高速旋轉。第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日

渦輪機的噴管也有葉片式和無葉片式之分。現代徑流式渦輪機多采用無葉式噴管。此時，渦輪機的渦殼除具有引導廢氣以一定角度進入渦輪機葉輪的功能外，還具有將排氣的壓力能和熱能部分地轉變為動能的作用。

渦輪機葉輪工作溫度經常在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械加工成形。

渦殼用耐熱合金鑄鐵鑄造，內表面應光潔。3、轉子渦輪機葉輪、壓氣機葉輪和密封套等零件安裝在增壓器軸上，構成增壓器轉子，其轉速高達10萬~20萬轉/分，因此，必須經過動平衡檢驗、調整。增壓器軸一般用韌性好、強度高的合金鋼40Cr或18CrNiWA制造。第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日4、增壓器軸承車用發動機增壓器軸承采用浮動軸承，實際是套在軸上的圓環，圓環與軸以及圓環與軸承座之間都有間隙，形成雙層油膜，圓環浮在軸與軸承座之間。在增壓器工作時，圓環在軸與軸承座之間緩慢轉動。增壓器工作時產生軸向推力，由設置在壓氣機一側的推力軸承承受。第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日三、增壓壓力的調節渦輪增壓系統中的排氣旁通閥3受控制膜盒1控制。控制膜盒中的膜片將其分成左室右室。右室通過連通管11與壓氣機出口相通，左室通大氣，其中的彈簧預緊力向右作用，當壓氣機出口壓力大于彈簧預緊力時，經過連動桿2迫使排氣旁通閥打開，控制增壓壓力不超過限定值。

進氣旁通閥是在發動機在低速小負荷、渦輪增壓器不工作時工作（打開）的，向氣缸內補充空氣。當渦輪增壓器工作時，壓氣機出口壓力克服進氣旁通閥膜片內側的彈簧預緊力而關閉。

現代發動機的電控單元根據壓氣機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。第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日四、渦輪增壓器的潤滑與冷卻

來自發動機潤滑系統主油道的機油，經增壓器中間體上的機油進口1進入增壓器，潤滑與冷卻增壓器軸與軸承，然后，機油經機油出口2返回發動機油底殼。在增壓器軸上安裝油封，若損壞，將導致機油消耗劇增，發動機排氣冒藍煙。

汽油機渦輪增壓器的熱負荷大，因此必須在渦輪機一側設置冷卻水套，并用軟水管與發動機的冷卻系連通。進水口3和出水口4均在中間體上。

如果只靠機油和空氣對渦輪增壓器進行冷卻，則當發動機在大負荷或高轉速工作之后，如果立即停機，那么機油可能因軸承溫度太高而燃燒。第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日

渦輪增壓由于是超高轉速地運轉軸承,隨之而來的高溫排除或增壓過度的泄壓就是關鍵。目前常用的就是機油導入來潤滑與冷卻軸承,也有用水冷式的。第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日

渦輪增壓的確能夠提升發動機的動力，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。還有在經過了增壓之后