《发动机增压》PPT课件.ppt
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1、第九章第九章 汽车发动机增压汽车发动机增压第一节第一节 概述概述增压增压就是就是将空气预先压缩将空气预先压缩后再供入气缸,以提高空气密度、增加后再供入气缸,以提高空气密度、增加进气量的一项技术。进气量的一项技术。进气量增加进气量增加,可相应增加循环供油量,从而增加发动机功率。,可相应增加循环供油量,从而增加发动机功率。同时同时,增压还可以改善燃油经济性。,增压还可以改善燃油经济性。第一节第一节 概述概述一、增压的基本类型:一、增压的基本类型:机械增压、涡轮增压和气波增压。机械增压、涡轮增压和气波增压。1、机械增压器、机械增压器由发动机曲轴经齿轮增速器驱动,或由曲轴齿形传由发动机曲轴经齿轮增速器
2、驱动,或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带及电磁离合器驱动。动带轮经齿形传动带及电磁离合器驱动。与发动机与发动机容易匹配,结容易匹配,结构较紧凑构较紧凑;与涡轮增压与涡轮增压相比相比,低速增压效果更低速增压效果更好好。需消耗发动机功率,燃需消耗发动机功率,燃油消耗率比非增压发动油消耗率比非增压发动机略高。机略高。一般适用于一般适用于小型汽油机或小型汽油机或与涡轮增压器复合与涡轮增压器复合使用。使用。2 2、涡轮增压器、涡轮增压器由由涡轮机和压气机涡轮机和压气机构构成。将发动机排出的废气引入涡轮成。将发动机排出的废气引入涡轮机,利用废气所包含的能量推动涡机,利用废气所包含的能量推动涡轮机叶轮旋转,带
3、动与其同轴安装轮机叶轮旋转,带动与其同轴安装的压气机叶轮工作,新鲜空气在压的压气机叶轮工作,新鲜空气在压气机内增压后进入气缸。气机内增压后进入气缸。优点:优点:经济性经济性比机械增压和非增压比机械增压和非增压发动机都好,并可大幅度降低有害发动机都好,并可大幅度降低有害气体的气体的排放和噪声排放和噪声水平。水平。缺点:缺点:低速时转矩增加不多低速时转矩增加不多,而且,而且在发动机工况发生变化时,在发动机工况发生变化时,瞬态响瞬态响应差应差,致使汽车加速性,特别是,致使汽车加速性,特别是低低速加速性较差。速加速性较差。3、气波增压:、气波增压:气波增压器中有气波增压器中有一个特殊形状的转子,由发动
4、一个特殊形状的转子,由发动机曲轴带轮经传动带驱动。机曲轴带轮经传动带驱动。在转子中在转子中发动机排出的废气直发动机排出的废气直接与空气接触,利用排气压力接与空气接触,利用排气压力波使空气受到压缩,以提高进波使空气受到压缩,以提高进气压力。气压力。优点:优点:结构简单,加工方便,结构简单,加工方便,工作温度不高,不需要耐热材工作温度不高,不需要耐热材料,也无需冷却。与涡轮增压料,也无需冷却。与涡轮增压相比,其相比,其低速转矩特性好低速转矩特性好。缺点:缺点:体积大,噪声高,安装体积大,噪声高,安装位置受到一定的限制。位置受到一定的限制。目前,这种增压器还目前,这种增压器还只能在低速范围内只能在低
5、速范围内使用。由于柴油机的最使用。由于柴油机的最高转速比较低,因此多用于柴油机上。高转速比较低,因此多用于柴油机上。二、复合增压系统二、复合增压系统1、串联式复合增压系统:、串联式复合增压系统:空气先经过空气先经过涡轮增压器提高压力后涡轮增压器提高压力后,进入进入中间冷却器中间冷却器降温,降温,再经再经机械增压器机械增压器增压。增压。这种增压方式主要用于这种增压方式主要用于高增压高增压发动机上。发动机上。2、并联式复合增压系统:、并联式复合增压系统:由由机械增压器和涡轮增压器机械增压器和涡轮增压器同时向发动同时向发动机供给增压后的空气。机供给增压后的空气。在在低速范围内低速范围内主要靠机械增压
6、,主要靠机械增压,而而在高转速范围内在高转速范围内主要靠涡轮增压。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。这种增压系统使发动机低转速转矩特性得到改善。三、汽油机增压的困难:三、汽油机增压的困难:1、进气系统中、进气系统中节气门的存在节气门的存在使得发动机在使得发动机在低速小负荷时低速小负荷时压气机容压气机容易发生易发生喘振喘振涡轮增压的困难。涡轮增压的困难。2、汽油机增压后汽油机增压后爆燃倾向爆燃倾向增加。增加。3、汽油机、汽油机混合气的过量空气系数小混合气的过量空气系数小,燃烧温度高燃烧温度高,增压后发动机,增压后发动机和涡轮增压器的和涡轮增压器的热负荷高热负荷高。4 4
7、、汽油机、汽油机转速高,范围广转速高,范围广,发动机和增压器,发动机和增压器匹配困难匹配困难。5、涡轮增压汽油机的、涡轮增压汽油机的加速性较差加速性较差(增压器叶轮的惯性(增压器叶轮的惯性),尤其是),尤其是低速加速性差。低速加速性差。1、爆燃控制:、爆燃控制:利用利用爆震传感器爆震传感器检测检测爆燃爆燃信息,并传送给信息,并传送给ECU,电,电控单元则控单元则发出指令推迟点火时刻发出指令推迟点火时刻以消除爆震。待以消除爆震。待爆震消除后爆震消除后,自,自适应地适应地加大点火提前角加大点火提前角,使发动机,使发动机在最理想的状况下在最理想的状况下工作。工作。四、电控汽油喷射式汽油机能够普及增压
8、的原因四、电控汽油喷射式汽油机能够普及增压的原因电控技术的应用电控技术的应用,可以方便地对,可以方便地对汽油机增压系统汽油机增压系统进行进行爆燃控制爆燃控制(即(即点火提前角控制)、点火提前角控制)、放气控制放气控制(即增压压力控制)和(即增压压力控制)和排放控制排放控制。2、放气控制:、放气控制:采用增压压力调节装置,装有采用增压压力调节装置,装有进气旁通阀和排气旁进气旁通阀和排气旁通阀通阀以及以及控制膜盒控制膜盒。大负荷、高转速时大负荷、高转速时,废气能量大,增压器转速高,增压压力高;,废气能量大,增压器转速高,增压压力高;低转速、小负荷时低转速、小负荷时,废气能量小,增压器转速低,增压压
9、力低。,废气能量小,增压器转速低,增压压力低。若增压器按高速、大负荷设计若增压器按高速、大负荷设计,则低速、小负荷时发动机的转矩小,则低速、小负荷时发动机的转矩小,加速性差。加速性差。因此,因此,轿车用发动机轿车用发动机涡轮增压器的设计转速涡轮增压器的设计转速一般为一般为标定转速的标定转速的40%,为了,为了限制高转速时的过高的增压压力限制高转速时的过高的增压压力(发动机热负荷过大并发生(发动机热负荷过大并发生爆燃),爆燃),必须采用增压压力调节装置。必须采用增压压力调节装置。3、增压中冷:、增压中冷:增压后的增压后的空气温度升高空气温度升高,一则发动机进入气缸内的一则发动机进入气缸内的空气密
10、度下降空气密度下降,输出功率降低;,输出功率降低;二则还会引起二则还会引起发动机爆燃发动机爆燃。因此,对因此,对增压后的空气增压后的空气进行进行冷却冷却,对提高发动机,对提高发动机功率功率、降低燃油、降低燃油消耗率消耗率、降低发动机、降低发动机热负荷热负荷和减轻发动机和减轻发动机爆燃爆燃倾向都有利。倾向都有利。这是通过在这是通过在压气机后面压气机后面连接一个中连接一个中冷器冷器实现的。实现的。在在高增压柴油机高增压柴油机上的增压系统中也设有中冷器。上的增压系统中也设有中冷器。一、机械增压系统一、机械增压系统 电控汽油喷射式发动机机械增压系统示意图。电控汽油喷射式发动机机械增压系统示意图。机械增
11、压器机械增压器6为为罗茨式罗茨式压气机,压气机,由由曲轴带轮曲轴带轮12经经传动带传动带和和电磁电磁离合器带轮离合器带轮11驱动增压器驱动增压器6工作。工作。空气空气经经增压器增压器增压后再经增压后再经中冷中冷器器7降温,然后进入降温,然后进入气缸气缸。当发动机在小负荷下运转时不当发动机在小负荷下运转时不需要增压需要增压,这时,这时电控单元电控单元(ECU)17根据根据节气门位置传感器节气门位置传感器3的信号,使的信号,使电磁离合器电磁离合器断电,断电,增压器增压器停止工作。停止工作。与此同时与此同时,电控单元电控单元向向进气旁进气旁通阀通阀5通电使其开启,通电使其开启,空气空气经经旁旁通阀及
12、旁通管道通阀及旁通管道进入进入气缸气缸。爆燃传感器爆燃传感器9安装在发动机安装在发动机机体机体上,它将发动机发生上,它将发动机发生爆燃的信爆燃的信号号传输给传输给电控单元电控单元,电控单元电控单元则发出相应的则发出相应的指令指令减小减小点火提点火提前角前角,以消除,以消除爆燃爆燃。二、机械增压器二、机械增压器 机械增压器当中,机械增压器当中,罗茨压气机罗茨压气机最广为人知。它由最广为人知。它由转子转子、转子轴转子轴、传传动齿轮动齿轮、壳体壳体、后盖后盖和和齿轮室罩齿轮室罩等构成等构成。在在压气机前端压气机前端装有装有电磁离合器电磁离合器及电磁及电磁离合器离合器带轮带轮。图示中图示中罗茨式压气机
13、中有罗茨式压气机中有两个转子两个转子。发动机发动机曲轴带轮曲轴带轮经经传动带传动带、电磁离合器带轮电磁离合器带轮和和电磁离电磁离合器合器驱动驱动其中的一个其中的一个转子;转子;另一个转子另一个转子由由传动齿轮传动齿轮带带动与第一个转子动与第一个转子同步旋转同步旋转转子的前后端转子的前后端支承在支承在滚子滚子轴承轴承上,轴承和传动齿轮上,轴承和传动齿轮用用合成高速齿轮油合成高速齿轮油润滑。润滑。在在转子轴的前后端转子轴的前后端装置装置油油封封,以防止润滑油漏入压,以防止润滑油漏入压气机壳体内。气机壳体内。罗茨式压气机转子罗茨式压气机转子:两叶的、三叶两叶的、三叶。两叶转子两叶转子为直线型,而为直
14、线型,而三叶转子三叶转子为螺旋型。为螺旋型。三叶螺旋型转子三叶螺旋型转子有较低的工作有较低的工作噪声噪声和较好的增压器特性。和较好的增压器特性。在在相互啮合的转子之间相互啮合的转子之间以及以及转子与壳体之间转子与壳体之间都有很小的都有很小的间隙间隙,并在并在转子表面涂敷树脂转子表面涂敷树脂,以以保持保持转子之间以及转子与壳体间较好的转子之间以及转子与壳体间较好的气密性气密性。转子用铝合金制造。转子用铝合金制造。罗茨式压气机工作原理罗茨式压气机工作原理:转子转子旋转时,旋转时,空气空气从压气机从压气机入口入口吸入,在吸入,在转子叶片转子叶片的推动下的推动下空气被加速空气被加速,然后从压气机,然后
15、从压气机出口压出出口压出。出口与进口的出口与进口的压力比可达压力比可达,供气量与转速成正比。供气量与转速成正比。三、电磁离合器三、电磁离合器 电磁离合器安装在传动带轮中,结构如图示。电磁离合器安装在传动带轮中,结构如图示。传动带轮传动带轮与与主动板主动板固连在一起,固连在一起,从动摩擦片从动摩擦片与与花键套花键套固连接固连接在一起。在一起。电控单元电控单元根据发动机根据发动机工况工况需要,发需要,发出出接通或切断接通或切断电磁离合器电磁离合器电源电源的的指令指令,以控制增压器的工作。以控制增压器的工作。当接通电源时当接通电源时,电磁,电磁线圈通电线圈通电,主动主动板板吸引吸引从动摩擦片从动摩擦
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