第十二章內燃機增壓機械與車輛學院王恩華副教授北京理工大學機械與車輛學院Email:wangenhua@Tel要內容概述§1內燃機增壓廢氣渦輪增壓器增壓內燃機的特點§2§3§4§1概述增壓概念增壓就是采用專門的裝置（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從而提高進氣量。增壓的功用提高升功率防止高原地區因空氣稀薄而導致功率下降§1概述升功率采用二沖程提高轉速提高平均有效壓力提高發動機升功率有三個途徑§1概述采用二沖程采用二沖程雖然能提高發動機的有效功率，但由于經濟性差、熱負荷高等缺點，在車用發動機中不能得到廣泛應用提高轉速增大轉速可以提高升功率,但提高轉速帶來的問題是運動件慣性力按轉速二次方遞增、燃燒過程惡化等問題，因此轉速的提高受到一定的限制提高平均有效壓力提高平均有效壓力是提高升功率的切實可行措施。在提高平均有效壓力的措施中，最有效的方法就是增加進氣的密度，即所謂的增壓§1概述優點由于進氣量增加，可相應地增加循環供油量，從而提高發動機功率改善燃油經濟性主要內容概述§1內燃機增壓廢氣渦輪增壓器增壓內燃機的特點§2§3§4§2內燃機增壓增壓度：內燃機增壓后，其功率提高程度。

一、增壓度與壓比增壓壓比：增壓后進入氣缸的氣體壓力與大氣壓力之比。§2內燃機增壓按照增壓壓比大小劃分成四個等級低增壓：中增壓：高增壓：超高增壓：增壓的限制因素機械負荷：最大爆發壓力提高導致受力零件機械負荷增大；熱負荷：工作循環溫度升高，受熱零件熱負荷增大；增壓器耐熱材料許用溫度限制：增壓器零件溫度高；汽油機：爆燃限制。§2內燃機增壓二、增壓的基本類型結構：利用發動機曲軸驅動一套機械傳動裝置來帶動壓氣機優點：發動機與壓氣機匹配良好，加速響應性好，且對排氣無干擾，結構緊湊、簡單、工作可靠、壽命長缺點：驅動增壓器消耗發動機功率機械增壓Roots泵壓氣機離心式壓氣機§2內燃機增壓二、增壓的基本類型結構：利用發動機曲軸驅動一套機械傳動裝置來帶動壓氣機優點：發動機與壓氣機匹配良好，加速響應性好，且對排氣無干擾，結構緊湊、簡單、工作可靠、壽命長缺點：驅動增壓器消耗發動機功率機械增壓§2內燃機增壓二、增壓的基本類型結構：利用排氣過程中排出廢氣的剩余能量來帶動壓氣機優點：由于充分利用排氣的能量，不僅使發動機的功率上升，而且燃油消耗率反而下降，改善了經濟性，無剛性傳動，結構簡單缺點：增壓器結構復雜機械增壓廢氣渦輪增壓復合增壓結構：機械增壓和廢氣渦輪增壓聯合工作優點：發揮各自的優點，提高壓比缺點：增壓器系統結構復雜主要內容概述§1內燃機增壓廢氣渦輪增壓器增壓內燃機的特點§2§3§4組成：渦輪機、壓氣機原理：將發動機排出的廢氣引入渦輪機，利用廢氣的能量推動渦輪機葉輪旋轉，并帶動與其同軸安裝的壓氣機葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機增壓后進入氣缸優點：經濟性好、可降低有害物的排放和噪聲水平缺點：低速時轉矩增加不多，而且發動機工況變化時，瞬態響應差，加速性能差類型：單渦輪增壓、雙渦輪增壓§3廢氣渦輪增壓一、廢氣渦輪增壓器的工作原理§3廢氣渦輪增壓一、廢氣渦輪增壓器的工作原理廢氣渦輪增壓發動機氣路流向圖§3廢氣渦輪增壓一、廢氣渦輪增壓器的工作原理在非增壓柴油機上簡單改裝采用增壓措施后，功率可提高30%-50%，燃油經濟性可降低5%左右。§3廢氣渦輪增壓二、廢氣渦輪增壓器結構壓氣機葉輪渦輪渦殼壓氣機中間殼體渦輪葉輪和渦輪安裝與同一根軸上中間殼體內有密封裝置、潤滑油路、冷卻系統§3廢氣渦輪增壓二、廢氣渦輪增壓器結構渦輪增壓器安裝在發動機的進、排氣歧管上，工作環境非常惡劣，要求苛刻，因此對制造的材料和加工技術都要求很高其中制造難度最高的是支承渦輪軸運轉的“浮式軸承”轉速10萬轉/分鐘以上，環境溫度600度以上，決非一般軸承所能承受，由于軸承與機體內壁間有油液做冷卻，又稱“全浮式軸承”§3廢氣渦輪增壓§3廢氣渦輪增壓三、廢氣渦輪增壓器類型§3廢氣渦輪增壓特點：將所有各缸的廢氣首先都匯集到一個排氣總管中，再導入廢氣渦輪。由于排氣總管起到穩壓箱的作用，進入渦輪前的廢氣壓力基本恒定。優點：排氣管結構簡單，并能保證渦輪有較高的效率。缺點：不能將廢氣能量全部利用，只能利用廢氣在渦輪中的膨脹功。等壓增壓排氣總管三、廢氣渦輪增壓器類型§3廢氣渦輪增壓特點：為了有效地利用廢氣的脈沖能量，把發動機的排氣管按發火順序分成幾個單獨的分支，使排氣相位互不重疊的氣缸組成一組，每組氣缸的排氣被導入一個細而短的排氣總管后進入渦輪。優點：能充分利用排氣的脈沖能量。缺點：排氣管結構復雜，渦輪效率有所降低。脈沖增壓排氣支管四、增壓空氣中冷采用中冷技術是進一步提高增壓發動機功率，改善性能的有效措施。將增壓后的空氣冷卻一方面可進一步提高進氣管內空氣的密度，提高發動機功率；另一方面，可降低發動機壓縮始點的溫度及整個循環的平均溫度，從而降低發動機的排氣溫度、熱負荷及NOx排放根據實驗數據，增壓空氣每降低10℃，發動機的功率大約可提高2.5%，燃油消耗率下降1.5%，排氣溫度可降低30℃左右另外，采用空氣中冷后還能減少冷卻水帶走的熱量，因而可縮小散熱器的尺寸并減少消耗在驅動風扇上的功率§3廢氣渦輪增壓冷的壓縮空氣熱的壓縮空氣發動機排氣環境空氣

中冷器

發動機

增壓器中冷將給增壓發動機帶來以下好處：

更高的充氣效率、更好的動力性降低排放提高燃油經濟性§3廢氣渦輪增壓四、增壓空氣中冷主要內容概述§1內燃機增壓廢氣渦輪增壓器增壓內燃機的特點§2§3§41.壓縮比為了降低爆發壓力，增壓發動機應適當地降低壓縮比。2.過量空氣系數為了降低發動機的熱負荷和排氣溫度，改善經濟性，一般增壓柴油機的過量空氣系數比增壓之前增大10％～30％。3.供油系統由于燃料供給量加大，必須增大柱塞直徑；由于壓縮終了壓力的提高，必須加大噴孔直徑及噴油壓力，減小噴油提前角4.曲柄連桿機構由于增壓柴油機的機械負荷與熱負荷增大，承受機械負荷的曲柄、連桿等零件在強度上相應加強，對熱負荷增大的零件如活塞等，應加強冷卻。§4增壓內燃機的特點一、柴油機增壓渦輪增壓器的缺點及改進缺點：由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩，使發動機延遲增加或減少輸出功率。這對于要突然加速或超車的汽車而言，瞬間會有點提不上勁的感覺，稱為“滯后響應”。改進：渦輪增壓器是利用發動機的廢氣工作的，有效利用發動機的無用能量。改進技術：提高加工精度，盡量減少渦輪與渦輪室內壁的間隙，以便提高廢氣能量利用率；采用新型材料陶瓷，利用陶瓷的耐熱高，剛度強，重量輕的優點，可以將渦輪增壓器做得更加緊湊，體積更小，而且能減少渦輪的“滯后響應”時間。可變噴嘴環，提高匹配適應性。§4增壓內燃機的特點汽油機增壓的難點：汽油機增壓易爆燃。增壓使壓縮終了溫度壓力升高增壓后熱負荷較大。汽油機混合氣的過量空氣系數小，燃燒溫度高，因此增壓后汽油機和渦輪增壓器熱負荷大汽油機和增壓器匹配困難。汽油機轉速范圍寬，混合氣質量流量變化大，致使渦輪增壓器與汽油機的匹配困難為了克服上述困難，采取的措施：降