发动机原理04增压教案资料

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1、发动机原理04-增压 School of Automotive Studies Tongji University 一一.增压器工作原理增压器工作原理 发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的。对于动力性能一定的发动机，要提高发动机的功率一般只能通过喷入更多的燃料。但是燃料燃烧过程又必需有相应的空气量。所以发动机功率的提高受到进气量的直接影响。增压器就是装在发动机上的专用增压装置，其工作原理是通过增压装置压缩进入气缸的空气，以提高进入气缸中的充气密度，增加进气量，这样就可以喷入较多的燃料进行燃烧，发动机就能发出更大的功率。在目前的技术条件下，增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输

2、出功率的机械装置。School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University 涡轮增压利用发动机排出的废气能量驱动涡轮，再由涡轮涡轮增压利用发动机排出的废气能量驱动涡轮，再由涡轮带动压气机。其带动压气机。其优点优点在于在于:正是由于其突出正是由于其突出的优势，现在发动机大的优势，现在

3、发动机大多采用涡轮增压。多采用涡轮增压。发动机重量和体积增加很少情况下，发动机不需作重大发动机重量和体积增加很少情况下，发动机不需作重大改变很容易提高功率改变很容易提高功率20%50%20%50%。由于不象机械增压时压比受。由于不象机械增压时压比受到限制，故近来高增压的趋势越来越明显。高增压时功率提高到限制，故近来高增压的趋势越来越明显。高增压时功率提高甚至可大于甚至可大于100%100%。由于废气能量的收回发动机经济性会明显的提高一般由于废由于废气能量的收回发动机经济性会明显的提高一般由于废气能量的回收能提高经济性气能量的回收能提高经济性3%3%一一4%4%，再加上相对地减少了机，再加上相对

4、地减少了机械损失及散热损失，提高了发动机机械效率和热效率，使发动械损失及散热损失，提高了发动机机械效率和热效率，使发动机涡轮增压后油耗率降低机涡轮增压后油耗率降低5%5%一一10%10%。涡轮增压发动机对海拔高度的变化有较高的适应力，在高原涡轮增压发动机对海拔高度的变化有较高的适应力，在高原地区工作时比不增压发动机功率下降要少的多，故涡轮增压除地区工作时比不增压发动机功率下降要少的多，故涡轮增压除了用来提高发动机功率，外还可用作高原发动机恢复功率。了用来提高发动机功率，外还可用作高原发动机恢复功率。涡轮增压后排气噪声相对减少，排气烟度及排气中涡轮增压后排气噪声相对减少，排气烟度及排气中 有害成

5、分也减少，故对减少污染是有利的。有害成分也减少，故对减少污染是有利的。School of Automotive Studies Tongji University 柴油机涡轮增压技术在柴油机涡轮增压技术在2020世纪中叶就开始大规模应用了，而世纪中叶就开始大规模应用了，而车用汽油机采用涡轮增压技术将面临一些障碍，主要是：车用汽油机采用涡轮增压技术将面临一些障碍，主要是：1 1、汽油机增压易发生爆燃；、汽油机增压易发生爆燃；2 2、汽油机增压热负荷大；、汽油机增压热负荷大；3 3、汽油机与增压器匹配困难。、汽油机与增压器匹配困难。随着汽油机电子控制技术的发展，汽油机增压后易爆燃的随着汽油机电子控

6、制技术的发展，汽油机增压后易爆燃的问题通过对点火正时的控制得到了解决；同时对汽油机和增压问题通过对点火正时的控制得到了解决；同时对汽油机和增压系统进行强化之后，汽油机增压热负荷大的问题也得到了缓解；系统进行强化之后，汽油机增压热负荷大的问题也得到了缓解；采用燃油喷射技术后匹配困难的问题也得到了解决。所以现在采用燃油喷射技术后匹配困难的问题也得到了解决。所以现在很多汽油机也开始采用涡轮增压技术，如奥迪很多汽油机也开始采用涡轮增压技术，如奥迪A6A6的的1.8T1.8T，帕萨，帕萨特特1.8T1.8T，宝来，宝来1.8T1.8T等等等等 。三、发动机涡轮增压技术三、发动机涡轮增压技术 School

7、 of Automotive Studies Tongji University 1 1、涡轮增压器的结构、涡轮增压器的结构、涡轮增压器的结构、涡轮增压器的结构（动画演示（动画演示：废气涡轮增压废气涡轮增压.flv.flv）School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University

8、School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University School of Automotive Studies Tongji University 2 2、涡轮增压器系统工作原理图、涡

9、轮增压器系统工作原理图、涡轮增压器系统工作原理图、涡轮增压器系统工作原理图 School of Automotive Studies Tongji University 3 3、涡轮增压器的选配、涡轮增压器的选配、涡轮增压器的选配、涡轮增压器的选配 增压器的选配可以按以下计算过程来进行（一般以增压器的选配可以按以下计算过程来进行（一般以扭矩点来选配）：扭矩点来选配）：School of Automotive Studies Tongji University 至此可以得到符合增压要求的增压器的压比，可以此为依据去选择最为合适的增压器 。School of Automotive Studies

10、Tongji University 内燃机的增压改造内燃机的增压改造压缩比与过量空气系数压缩比与过量空气系数 降低压缩比；加大过量空气系数。降低压缩比；加大过量空气系数。供油系统供油系统 增加供油量；减小喷油提前角（增加供油量；减小喷油提前角（T T增）。增）。配气相位配气相位 加大气门重叠角。加大气门重叠角。进排气系统进排气系统 增大进气管容积，减少进气压力波动。增大进气管容积，减少进气压力波动。增压空气的冷却增压空气的冷却 提高密度。提高密度。School of Automotive Studies Tongji University 4 4、汽油机增压技术与柴油机增压技术的异同、汽油机增

11、压技术与柴油机增压技术的异同、汽油机增压技术与柴油机增压技术的异同、汽油机增压技术与柴油机增压技术的异同（1 1）爆燃问题）爆燃问题 汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易出现爆燃。因此，使用涡轮增汽油与空气的混合气，压力过大容易出现爆燃。因此，使用涡轮增压技术必须要处理好爆燃问题，这个问题最好的解决办法就是加装压技术必须要处理好爆燃问题，这个问题最好的解决办法就是加装爆燃传感器和对点火时间进行控制。一旦爆燃传感器将爆燃信号传爆燃传感器和对点火时间进行控制。一旦爆燃传感器将爆燃信号传送到送到E

12、CUECU（电子控制单元）控制系统，（电子控制单元）控制系统，ECUECU将点火定时稍推迟一点；将点火定时稍推迟一点；当不产生爆燃的时候再恢复正常点火定时。当不产生爆燃的时候再恢复正常点火定时。（2 2）排气温度过高）排气温度过高 汽油机比柴油机相比，由于空燃比较小，压缩比和膨胀比小，汽油机比柴油机相比，由于空燃比较小，压缩比和膨胀比小，从而导致排气温度过高，如柴油机排气温度一般为从而导致排气温度过高，如柴油机排气温度一般为300300700700，而，而汽油机排气温度为汽油机排气温度为600 600 10001000 。涡轮长期受到排气的热负荷，这。涡轮长期受到排气的热负荷，这对其寿命有很大

13、的影响。所以在汽油机上安装的涡轮增压器的涡轮都对其寿命有很大的影响。所以在汽油机上安装的涡轮增压器的涡轮都需要有较好的耐高温性能，如博格华纳公司就开发耐需要有较好的耐高温性能，如博格华纳公司就开发耐1050 1050 高温的高温的铸刚涡轮，目前已经在奔驰铸刚涡轮，目前已经在奔驰S600S600和沃尔沃和沃尔沃S60S60等汽车上使用。等汽车上使用。School of Automotive Studies Tongji University（4 4）增压效率较低）增压效率较低 目前汽油机普遍采用带放气阀式涡轮增压器，通过放气阀的开闭，目前汽油机普遍采用带放气阀式涡轮增压器，通过放气阀的开闭，得到

14、不同转速下所需的增压度，这样导致部分废气能量未能得到利得到不同转速下所需的增压度，这样导致部分废气能量未能得到利用，所以效率较低。而柴油机用，所以效率较低。而柴油机 已经采用可变涡轮截面（已经采用可变涡轮截面（VGTVGT）增压）增压器，其通过涡轮截面的调节来满足不同工况的需要，这样没有废气器，其通过涡轮截面的调节来满足不同工况的需要，这样没有废气的浪费，效率较高。目前，之所以在汽油机上未采用的浪费，效率较高。目前，之所以在汽油机上未采用VGTVGT式增压器式增压器的原因还是在于汽油机排气温度过高，开发出耐高温的的原因还是在于汽油机排气温度过高，开发出耐高温的VGTVGT还较困还较困难。目前，

15、博格华纳公司联手保时捷公司成功研发出了用于保时捷难。目前，博格华纳公司联手保时捷公司成功研发出了用于保时捷911Turbo911Turbo车用的车用的VGTVGT增压器。增压器。（3 3）工况变化频繁）工况变化频繁 由于汽油机的转速比柴油机高，空气流速快而且变化范围大，汽由于汽油机的转速比柴油机高，空气流速快而且变化范围大，汽油机运行的工况变化较为频繁，这也对涡轮增压器的动态响应有了更油机运行的工况变化较为频繁，这也对涡轮增压器的动态响应有了更高的要求。为解决这类问题，博格华纳公司正在开发一种所谓的薄壁高的要求。为解决这类问题，博格华纳公司正在开发一种所谓的薄壁涡轮壳，这种设计将显著降低涡轮壳

16、的重量，从而能够提高动态响应。涡轮壳，这种设计将显著降低涡轮壳的重量，从而能够提高动态响应。另外该设计也能够降低涡轮壳的热负荷，在发动机冷启动时另外该设计也能够降低涡轮壳的热负荷，在发动机冷启动时,可以更快可以更快地激活催化转换器地激活催化转换器,从而极大地减少有害气体的排放。从而极大地减少有害气体的排放。School of Automotive Studies Tongji University 机械增压机械增压历史久。低速转矩和加速响应好。但噪声和寿命存在问历史久。低速转矩和加速响应好。但噪声和寿命存在问题。题。1.制造工艺水平和材料科学进步。制造工艺水平和材料科学进步。2.小排量采用涡轮

17、增压难度大。小排量采用涡轮增压难度大。3.对后处理系统无影响。对后处理系统无影响。School of Automotive Studies Tongji University 第五节二冲程内燃机的换气第五节二冲程内燃机的换气 School of Automotive Studies Tongji University 一、二冲程汽油机工作原理一、二冲程汽油机工作原理1-进气孔进气孔 2-排气孔排气孔 3-扫气孔扫气孔A图、图、活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩 B B图、当活塞继续上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进图、当活塞继续

18、上行时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱入曲轴箱C C图、接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活图、接近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩塞向下运动，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩D D图、当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下图、当活塞接近下止点时，排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气运动，换气孔打开，受到压缩的混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气缸内，并扫除废气 School of Automotive Studies T

19、ongji University 换气过程换气过程自由排气阶段（自由排气阶段（70-8070-80）扫气阶段扫气阶段过后排气或过后充气阶段过后排气或过后充气阶段 School of Automotive Studies Tongji University 四冲程与二冲程比较四冲程与二冲程比较特点：特点：1.1.完完成成一一个个工工作作循循环环，二二冲冲程程发发动动机机只只需需转转一一转转，而而四四冲冲程程发发动动机机需需要要转转两两转转。当当转转速速相相同同时时，二二冲冲程程发发动动机机的的作作功功次次数数较较四四冲冲程程发发动动机多一倍。机多一倍。由由于于没没有有气气门门或或只只有有排排气气

20、门门，使使配配气气机机构构较较为为简简单单，简简化化了了发发动动机机的结构。的结构。由由于于二二冲冲程程汽汽油油机机有有换换气气损损失失，故故经经济济性性差差，但但由由于于结结构构简简单单、重重量量轻轻、制制造造成成本本低低等等优优点点，轻轻便便摩摩托托车车和和微微型型汽汽车车的的小小排排量量发发动动机机广广泛采用。泛采用。二二冲冲程程柴柴油油机机由由于于换换气气时时进进入入气气缸缸的的是是纯纯空空气气，没没有有燃燃料料损损失失，为为某某些汽车所采用。些汽车所采用。School of Automotive Studies Tongji University 2.2.四四冲冲程程发发动动机机的的

21、进进、排排气气是是两两个个分分开开的的专专门门过过程程，而而二二冲冲程程发发动动机机单单纯纯的的排排气气（或或进进气气）时时间间极极短短（120-150CA120-150CA），是是一一个个几几乎乎完完全全重叠的，以新鲜气体清扫废气的换气过程。重叠的，以新鲜气体清扫废气的换气过程。叠开角达到叠开角达到7070-80-80。1 1）换气时间短；）换气时间短；2 2）进排气同时进行，缸内残余废气系数高；）进排气同时进行，缸内残余废气系数高；3 3）扫气消耗功大，指示效率低，油耗高。）扫气消耗功大，指示效率低，油耗高。4 4）HCHC排放高。排放高。School of Automotive Studies Tongji University 扫气方案扫气方案横流扫气横流扫气 扫气效果差，易短路，受热不均匀。扫气效果差，易短路，受热不均匀。回流扫气回流扫气 直流扫气直流扫气 School of Automotive Studies Tongji University