文档介绍：《汽车构造》电子教案 第七章车用发动机的增压系统
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第一节概述
所谓增压就是将空气预先压缩然后再供人气缸,以期提高空气密度、增加进气量的一项技术。由于进气量增加,可相应地增加循环供油量,从而增加发动机的升功率。同时,增压不仅可以改善燃油经济性,而且还作为控制排放的有效技术措施之一而得到广泛应用。实践证明,在小型汽车发动机上采用涡轮增压或机械增压后,当汽车以正常的经济车速行驶时,不仅可以获得良好的燃油经济性,而且还可以有效地降低有害排放物的比排放(单位功率小时的排放量)。同时,由于发动机功率增加,还可改善车辆的加速性。
根据提高进气密度(增压)的方式不同,或驱动压气机的方式不同,增压发动机分为机械增压、废气涡轮增压和气波增压等三种基本类型。实现进气增压的装置称为增压器。上述三种基本增压类型所用的增压器,分别称为机械增压器、废气涡轮增压器和气波增压器。
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机械增压器
机械增压器4由发动机曲轴1经齿轮增速器5驱动(图7-1a),或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带9及电磁离合器6驱动(图7-1b)。
机械增压能有效地提高发动机功率,与涡轮增压相比,其低速增压效果更好。另外,机械增压器与发动机容易匹配,结构也比较紧凑。但是,由于驱动增压器入消耗发动机功率,因此燃油消耗率比非增压发动机略高。
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涡轮增压器
涡轮增压器由涡轮机2和压气机3构成,如图7-2所示。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轮机叶轮旋转,并带动与其同轴安装的压气机叶轮工作,新鲜空气在压气机内增压后进入气缸(图7-2)。
涡轮增压的优点是经济性比机械增压和非增压发动机好,并可大幅度地降低有害气体的排放和噪声水平。涡轮增压的缺点是低速时转矩增加不多,而且在发动机工况发生变化时,瞬态响应差,致使汽车加速性,特别是低速加速性差。
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气波增压器
气波增压器中有一个特殊形状的转子3,由发动机曲轴带轮经传动带4驱动(图7-3)。在转子3中发动机排出的废气直接与空气接触,利用空气压力波使空气受到压缩,以提高进气压力。
气波增压器结构简单,加工方便,工作温度不高,不需要耐热材料,也无需冷却。与涡轮增压相比,其低速转矩特性好,但是体积大,噪声水平高,安装位置受到一定的限制。目前,这种增压器还只能在低速范围内使用。由于柴油机的最高转速比较低,因此多用于柴油机上。
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汽油机比柴油机增压困难的原因
汽油机增压比柴油机增压要困难的多,其主要原因是:
1) 汽油机增压后爆燃倾向增加。
2) 由于汽油机混合气的过量气系数小,燃烧温度高,因此增压后汽油机和涡轮增压器的热负荷大。
3) 车用汽油机工况变化频繁,转速和功率范围宽广,致使涡轮增压器与汽油机的匹配相当困难。
4) 涡轮增压汽油机的加速性较差。当节气门突然开大要求混合气量迅速增加时,却由于增压器转子的惯性,使增压器加速迟缓,发动机进气量的增加将滞后一段时间。完全消除涡轮增压器对发动机工况变化的影响滞后现象比较困难。
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采取的措施
1) 在电控汽油喷射式发动机上实行汽油机增压,解决了发动机与涡轮增压器匹配的困难。应用电控技术可以极其方便地对汽油机增压系统进行爆燃控制,放气控制和排放控制等。
2) 应用点火提前角自适应控制,来克服由于增压而增加的爆燃倾向。利用装在发动机上的爆燃传感器检测爆燃信息,并将其传输给电控单元(ECU),电控单元则发出指令推迟点火以消除爆燃。待爆燃消除后,自适应地逐步加大点火提前角,使发动机在比较理想的状况下工作。
3) 对增压后的空气进行中间冷却。这样对提高功率,降低油耗,降低热负荷和减轻爆燃都十分有利。
4) 采用增压压力调节装置。涡轮增压发动机的低转速转矩小,加速性差。为了获得低速、大转矩和良好的的加速性,轿车由涡轮增压的设计转速常为标定转速的40%。但在高转速时,增压压力将会过高,增压器可能超速。过高的增压压力使汽油机热负荷过大并发生爆燃,为此必须采用增压压力调节装置,以控制增压压力。最为简单而又十分有效的这类装置是进排气旁通阀或放气阀。
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第二节机械增压
机械增压器根据压气机的工作原理分为机械离心式增压器、罗茨式增压器、滑片式增压器、螺旋式增压器和转子活塞式增压器等(图7-4)。
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一、机械增压系统
图7-5所示为电控汽油喷射式发动机上采用罗茨式压气机的罗茨式机械增压系统的示意图,由发动机曲轴带轮1