汽車結(jié)構(gòu)+第07章_汽車發(fā)動(dòng)機(jī)增壓.ppt

汽車構(gòu)造電子教案第七章車用發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓系統(tǒng),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第2頁(yè),第一節(jié)概述,所謂增壓就是將空氣預(yù)先壓縮然后再供人氣缸，以期提高空氣密度、增加進(jìn)氣量的一項(xiàng)技術(shù)。由于進(jìn)氣量增加，可相應(yīng)地增加循環(huán)供油量，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率。同時(shí)，增壓不僅可以改善燃油經(jīng)濟(jì)性，而且還作為控制排放的有效技術(shù)措施之一而得到廣泛應(yīng)用。實(shí)踐證明，在小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上采用渦輪增壓或機(jī)械增壓后，當(dāng)汽車以正常的經(jīng)濟(jì)車速行駛時(shí)，不僅可以獲得良好的燃油經(jīng)濟(jì)性，而且還可以有效地降低有害排放物的比排放(單位功率小時(shí)的排放量)。同時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加，還可改善車輛的加速性。根據(jù)提高進(jìn)氣密度(增壓)的方式不同，或驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的方式不同，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)分為機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓和氣波增壓等三種基本類型。實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓的裝置稱為增壓器。上述三種基本增壓類型所用的增壓器，分別稱為機(jī)械增壓器、廢氣渦輪增壓器和氣波增壓器。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第3頁(yè),機(jī)械增壓器,機(jī)械增壓器4由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸1經(jīng)齒輪增速器5驅(qū)動(dòng)(圖7-1a)，或由曲軸齒形傳動(dòng)帶輪經(jīng)齒形傳動(dòng)帶9及電磁離合器6驅(qū)動(dòng)(圖7-1b)。機(jī)械增壓能有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。另外，機(jī)械增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)容易匹配，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但是，由于驅(qū)動(dòng)增壓器入消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率，因此燃油消耗率比非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)略高。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第4頁(yè),渦輪增壓器,渦輪增壓器由渦輪機(jī)2和壓氣機(jī)3構(gòu)成，如圖7-2所示。將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣引入渦輪機(jī)，利用廢氣所包含的能量推動(dòng)渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)與其同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機(jī)內(nèi)增壓后進(jìn)入氣缸(圖7-2)。渦輪增壓的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性比機(jī)械增壓和非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)好，并可大幅度地降低有害氣體的排放和噪聲水平。渦輪增壓的缺點(diǎn)是低速時(shí)轉(zhuǎn)矩增加不多，而且在發(fā)動(dòng)機(jī)工況發(fā)生變化時(shí)，瞬態(tài)響應(yīng)差，致使汽車加速性，特別是低速加速性差。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第5頁(yè),氣波增壓器,氣波增壓器中有一個(gè)特殊形狀的轉(zhuǎn)子3，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動(dòng)帶4驅(qū)動(dòng)(圖7-3)。在轉(zhuǎn)子3中發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣直接與空氣接觸，利用空氣壓力波使空氣受到壓縮，以提高進(jìn)氣壓力。氣波增壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，工作溫度不高，不需要耐熱材料，也無(wú)需冷卻。與渦輪增壓相比，其低速轉(zhuǎn)矩特性好，但是體積大，噪聲水平高，安裝位置受到一定的限制。目前，這種增壓器還只能在低速范圍內(nèi)使用。由于柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速比較低，因此多用于柴油機(jī)上。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第6頁(yè),將機(jī)械增壓與渦輪增壓適當(dāng)結(jié)合，可以構(gòu)成多種形式的復(fù)合增壓系統(tǒng)。串聯(lián)復(fù)合增壓便是其中的一種。在這種增壓系統(tǒng)中，空氣先經(jīng)渦輪增壓器提高壓力后，進(jìn)入中間冷卻器降溫，在經(jīng)機(jī)械增壓器增壓。這種增壓方式主要用于高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上。并聯(lián)復(fù)合增壓則是由機(jī)械增壓器和渦輪增壓器同時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)供給增壓空氣。在低轉(zhuǎn)速范圍主要靠機(jī)械增壓，而在高轉(zhuǎn)速范圍主要靠渦輪增壓。這種增壓系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)矩特性得到改善。,在汽車柴油機(jī)上采用渦輪增壓已經(jīng)有半個(gè)多世紀(jì)了，但在1980年以前，一直沒(méi)有廣泛地用于車用汽油機(jī)，特別是化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)上。汽油機(jī)增壓比柴油機(jī)增壓要困難的多。但是，近些年來(lái)，車用汽油機(jī)，特別是轎車汽油機(jī)的渦輪增壓得到了較大的普及和發(fā)展。這是因?yàn)殡S著高速公路的發(fā)展，車主對(duì)汽車高動(dòng)力性能的要求的追求日益強(qiáng)烈。另外，汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)和電控技術(shù)的發(fā)展，以及小型增壓器性能的改善，都為普及和發(fā)展汽油機(jī)增壓技術(shù)創(chuàng)造了有利條件。為了克服汽油機(jī)增壓的困難，在汽油機(jī)增壓系統(tǒng)中采取了許多措施。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第7頁(yè),汽油機(jī)比柴油機(jī)增壓困難的原因,汽油機(jī)增壓比柴油機(jī)增壓要困難的多，其主要原因是:1)汽油機(jī)增壓后爆燃傾向增加。2)由于汽油機(jī)混合氣的過(guò)量氣系數(shù)小，燃燒溫度高，因此增壓后汽油機(jī)和渦輪增壓器的熱負(fù)荷大。3)車用汽油機(jī)工況變化頻繁，轉(zhuǎn)速和功率范圍寬廣，致使渦輪增壓器與汽油機(jī)的匹配相當(dāng)困難。4)渦輪增壓汽油機(jī)的加速性較差。當(dāng)節(jié)氣門突然開(kāi)大要求混合氣量迅速增加時(shí)，卻由于增壓器轉(zhuǎn)子的慣性，使增壓器加速遲緩，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的增加將滯后一段時(shí)間。完全消除渦輪增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化的影響滯后現(xiàn)象比較困難。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第8頁(yè),采取的措施,1)在電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)上實(shí)行汽油機(jī)增壓，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪增壓器匹配的困難。應(yīng)用電控技術(shù)可以極其方便地對(duì)汽油機(jī)增壓系統(tǒng)進(jìn)行爆燃控制，放氣控制和排放控制等。2)應(yīng)用點(diǎn)火提前角自適應(yīng)控制，來(lái)克服由于增壓而增加的爆燃傾向。利用裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的爆燃傳感器檢測(cè)爆燃信息，并將其傳輸給電控單元(ECU)，電控單元?jiǎng)t發(fā)出指令推遲點(diǎn)火以消除爆燃。待爆燃消除后，自適應(yīng)地逐步加大點(diǎn)火提前角，使發(fā)動(dòng)機(jī)在比較理想的狀況下工作。3)對(duì)增壓后的空氣進(jìn)行中間冷卻。這樣對(duì)提高功率，降低油耗，降低熱負(fù)荷和減輕爆燃都十分有利。4)采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩小，加速性差。為了獲得低速、大轉(zhuǎn)矩和良好的的加速性，轎車由渦輪增壓的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速常為標(biāo)定轉(zhuǎn)速的40%。但在高轉(zhuǎn)速時(shí)，增壓壓力將會(huì)過(guò)高，增壓器可能超速。過(guò)高的增壓壓力使汽油機(jī)熱負(fù)荷過(guò)大并發(fā)生爆燃，為此必須采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置，以控制增壓壓力。最為簡(jiǎn)單而又十分有效的這類裝置是進(jìn)排氣旁通閥或放氣閥。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第9頁(yè),第二節(jié)機(jī)械增壓,機(jī)械增壓器根據(jù)壓氣機(jī)的工作原理分為機(jī)械離心式增壓器、羅茨式增壓器、滑片式增壓器、螺旋式增壓器和轉(zhuǎn)子活塞式增壓器等(圖7-4)。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第10頁(yè),一、機(jī)械增壓系統(tǒng),圖7-5所示為電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)上采用羅茨式壓氣機(jī)的羅茨式機(jī)械增壓系統(tǒng)的示意圖，由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶輪12經(jīng)傳動(dòng)帶和電磁離合器帶輪II驅(qū)動(dòng)增壓器6工作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不需要增壓，這時(shí)電控單元(ECU)根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器3的信號(hào)使電磁離合器斷電，增壓器停止工作。與此同時(shí)，電控單元門向進(jìn)氣旁通閥5通電使其開(kāi)啟，即在不增壓的情況下，空氣經(jīng)進(jìn)氣旁通閥5及旁通管路進(jìn)入氣缸。在進(jìn)入氣缸之前，空氣先經(jīng)中冷器7降溫。爆燃傳感器9安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，它將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆燃的信號(hào)傳輸給電控單元17，電控單元?jiǎng)t發(fā)出相應(yīng)的指令減小點(diǎn)火提前角，以消除爆燃。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第11頁(yè),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第12頁(yè),二、機(jī)械增壓器,在機(jī)械增壓器中，羅茨式壓氣機(jī)最廣為人知，其結(jié)構(gòu)如圖7-6所示。它由轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)子軸4、傳動(dòng)齒輪7、殼體9、后蓋5和齒輪室罩8等構(gòu)成。在壓氣機(jī)前端裝有電磁離合器2及電磁離合器帶輪1。在羅茨式壓氣機(jī)中有兩個(gè)轉(zhuǎn)子。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動(dòng)帶、電磁離合器帶輪1和電磁離合器2驅(qū)動(dòng)其中的一個(gè)轉(zhuǎn)子，而另一個(gè)轉(zhuǎn)子則由傳動(dòng)齒輪7帶動(dòng)與第一個(gè)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的前后端支承在滾子軸承10上，滾子軸承和傳動(dòng)齒輪用合成高速齒輪油潤(rùn)滑。在轉(zhuǎn)子軸的前后端裝置油封，以防止?jié)櫥吐┤雺簹鈾C(jī)殼體內(nèi)。羅茨式壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩葉的，也有三葉的。通常兩葉轉(zhuǎn)子為直線型(圖7-7a)，而三葉轉(zhuǎn)子為螺旋型(圖7-7b)。三葉螺旋型轉(zhuǎn)子有較低的工作噪聲和較好的增壓器特性。在相互嚙合的轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子與殼體之間都有很小的間隙，并在轉(zhuǎn)子表面涂敷樹(shù)脂，以保持轉(zhuǎn)子之間以及轉(zhuǎn)子與殼體間有較好的氣密性。轉(zhuǎn)子一般用鋁合金制造。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第13頁(yè),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第14頁(yè),羅茨式壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子,羅茨式壓氣機(jī)的工作原理如圖所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣從壓氣機(jī)人口收入，在轉(zhuǎn)子葉片的推動(dòng)下空氣被加速，然后從壓氣機(jī)出口壓出。出口與人口的壓力比可達(dá)1.8。羅茨式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、壽命長(zhǎng)，供氣量與轉(zhuǎn)速成正比。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第15頁(yè),羅茨式壓氣機(jī)的工作原理,羅茨式壓氣機(jī)的工作原理如圖7-8所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣從壓氣機(jī)入口吸入，在轉(zhuǎn)子葉片的推動(dòng)下空氣被加速，然后從壓氣機(jī)出口壓出。出口與入口的壓力比可達(dá)1.8。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第16頁(yè),三、電磁離合器,機(jī)械式增壓器一般由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸來(lái)驅(qū)動(dòng)。為了改善發(fā)動(dòng)機(jī)的低速性能，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)增壓器時(shí)，在二者之間設(shè)置增速器(變速器)(參看圖7-4)，以根據(jù)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整最適合的增壓器工作轉(zhuǎn)速，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的低速特性。圖7-9表示安裝在傳動(dòng)帶輪1中的一種電磁離合器結(jié)構(gòu)。電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的需要，發(fā)出接通或切斷電磁離合器電源的指令，以控制增壓器的工作。當(dāng)接通電源時(shí)，電磁線圈3通電，主動(dòng)板2吸引從動(dòng)摩擦片6，使離合器處于接合狀態(tài)，增壓器工作。當(dāng)切斷電源時(shí)，電磁線圈斷電，主動(dòng)板與從動(dòng)摩擦片分開(kāi)，增壓器停止轉(zhuǎn)動(dòng)。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第17頁(yè),第三節(jié)渦輪增壓,廢氣渦輪增壓是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量推動(dòng)渦輪增壓器實(shí)現(xiàn)增壓。根據(jù)渦輪回收廢氣能T的方式不同，廢氣渦輪增壓系統(tǒng)可分為串聯(lián)前復(fù)合增壓、串聯(lián)后復(fù)合增壓以及并聯(lián)復(fù)合增壓等幾種方式(圖7-10)。串聯(lián)前復(fù)合增壓是在廢氣渦輪增壓器前串聯(lián)一個(gè)渦輪機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣先流人前置渦輪機(jī)，回收部分能量后再排人渦輪增壓器的渦輪機(jī)，由此帶動(dòng)壓氣機(jī)進(jìn)行增壓的系統(tǒng)。這種增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是，可充分利用廢氣的能量，因此可提高整機(jī)的熱效率;同時(shí)在增壓器前利用渦輪機(jī)事先回收廢氣的部分能量，所以可避免增壓器的轉(zhuǎn)速過(guò)高的現(xiàn)象。串聯(lián)后復(fù)合增壓是在增壓器后再串聯(lián)一個(gè)廢氣渦輪，其主要目的就是進(jìn)一步回收利用經(jīng)增壓器后排出的廢氣能量，以便提高整機(jī)的熱效率。并聯(lián)復(fù)合增壓是將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣分兩路同時(shí)排入一個(gè)廢氣渦輪和廢氣渦輪增壓器的渦輪的系統(tǒng)。對(duì)排量較大的發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)這種復(fù)合系統(tǒng)提高廢氣能量的再回收利用，在提高整機(jī)熱效率的同時(shí)減輕了廢氣渦輪增壓器的工作負(fù)擔(dān)。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第18頁(yè),第三節(jié)渦輪增壓,這種復(fù)合增壓系統(tǒng)的共同點(diǎn)是在輸出軸上都設(shè)置了一個(gè)能量回收的渦輪，只是渦輪設(shè)置的位置不同。但一般渦輪的轉(zhuǎn)速為50000-180000r/mmn，而發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1800-4000r/min，因此均需要減速器和離合器。減速器的減速比約為l/30。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第19頁(yè),一、渦輪增壓系統(tǒng),廢氣渦輪增壓器根據(jù)增壓器的數(shù)量又可分為單級(jí)增壓和雙級(jí)復(fù)合增壓。普通車型常用單級(jí)增壓系統(tǒng)，即采用一個(gè)廢氣渦輪增壓器;而雙級(jí)增壓系統(tǒng)采用兩個(gè)廢氣渦輪增壓器，主要用于大排量車用柴油機(jī)。根據(jù)兩個(gè)增壓器的連接方式不同，雙級(jí)增壓方式又可分為直列雙級(jí)復(fù)合增壓和并列雙級(jí)復(fù)合增壓兩種系統(tǒng)(圖7-11)。直列雙級(jí)復(fù)合增壓系統(tǒng)一般由一個(gè)小型增壓器4和一個(gè)大型增壓器5直列布置構(gòu)成，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速分別使用。低速時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣切換閥3和排氣切換閥6，使小型增壓器4工作，以提高低速進(jìn)氣量，改善低速轉(zhuǎn)矩特性;中、高速時(shí)如圖7-11、所示，打開(kāi)排氣切換閥6和進(jìn)氣切換閥3，便排氣流向大型增壓器5，以便增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高效率區(qū)進(jìn)行匹配，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。此時(shí)，小型增壓器4渦輪的進(jìn)、出口壓力相等，所以自動(dòng)停止工作。6缸機(jī)常采用并列式雙級(jí)復(fù)合增壓系統(tǒng)，1、2、3缸和4、5、6缸分別采用相同的增壓器，并列雙級(jí)增壓器時(shí)流過(guò)廢氣渦輪的排氣流量減少一半，所以采用小型增壓器，由此達(dá)到兼顧低速轉(zhuǎn)矩特性和中、高速在高效率區(qū)的良好匹配，提高整機(jī)性能的目的;多缸發(fā)動(dòng)機(jī)采用并列式雙級(jí)復(fù)合增壓系統(tǒng)的另一個(gè)目的，就是為了避免產(chǎn)生各缸排氣干涉現(xiàn)象。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第20頁(yè),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第21頁(yè),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第22頁(yè),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第23頁(yè),二、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理,車用渦輪增壓器由離心式壓氣機(jī)和徑流式渦輪機(jī)及中間體三部分組成。增壓器5通過(guò)兩個(gè)浮動(dòng)軸承9支承在中間體14內(nèi)。中間體內(nèi)有潤(rùn)滑和冷卻軸承的油道，還有防止?jié)櫥吐┤雺簹鈾C(jī)或渦輪機(jī)中的密封裝置等。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第24頁(yè),離心式壓氣機(jī)由進(jìn)氣道6，壓氣機(jī)葉輪3，無(wú)葉式擴(kuò)壓管2及壓氣機(jī)機(jī)殼1等組成（圖7-12）。葉輪包括葉片和輪轂，并由增壓器軸5帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪，并在離心力的作用下沿著壓氣機(jī)葉片1之間形成的流道（圖7-13），從葉輪中心流向葉輪的周邊?？諝鈴男D(zhuǎn)的葉輪獲得能量，使其流速，壓力和溫度均有較大的增高，然后進(jìn)入葉片式擴(kuò)壓管3。擴(kuò)壓管為漸擴(kuò)形流道，空氣流過(guò)擴(kuò)壓管時(shí)減速增壓，溫度也有所升高。即在擴(kuò)壓管中，空氣所具有的大部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。擴(kuò)壓管分葉片式和無(wú)葉片式兩種。無(wú)葉片式擴(kuò)壓管實(shí)際上是由渦殼和中間體側(cè)壁所形成的環(huán)形空間。無(wú)葉片式擴(kuò)壓管構(gòu)造簡(jiǎn)單，工況變化對(duì)壓氣機(jī)效率的影響很小，適于車用增壓器。葉片式擴(kuò)壓管是由相鄰葉片構(gòu)成的流道，其擴(kuò)壓比大，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況變化對(duì)壓氣機(jī)效率有較大的影響。,離心式壓氣機(jī),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第25頁(yè),渦殼的作用是收集從擴(kuò)壓管流出的空氣，并將其引向壓氣機(jī)出口?？諝庠跍u殼中繼續(xù)減速增壓，完成汽油動(dòng)能向壓力轉(zhuǎn)變的過(guò)程。壓氣機(jī)葉輪由鋁合金精密鑄造，渦殼也用鋁合金鑄造。渦輪機(jī)是將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的裝置。徑流式渦輪機(jī)由蝸殼、噴管、葉輪和出氣道等組成(圖7-14)，蝸殼4的進(jìn)口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管相連，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣經(jīng)蝸殼引導(dǎo)進(jìn)入葉片式噴管3。噴管是由相鄰葉片構(gòu)成的漸縮形流道。排氣流過(guò)噴管時(shí)降壓、降溫、增速、膨脹，使排氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。由噴管流出的高速氣流沖擊葉輪1，并在葉片2所形成的流道中繼續(xù)膨脹作功，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第26頁(yè),徑流式渦輪機(jī),渦輪機(jī)是將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械裝置。徑流式渦輪機(jī)由渦殼，噴管，葉輪和出氣道等組成（圖7-13）。渦殼4的進(jìn)口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管相連，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)渦殼引導(dǎo)進(jìn)入葉片式噴管3。噴管是由相鄰葉片構(gòu)成的減縮形流道。排氣流過(guò)噴管時(shí)降壓，降溫，增速，膨脹，使排氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。由噴管流出的高速氣流沖擊葉輪1，并在葉片2所形成的流道中繼續(xù)膨脹做功，推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。與壓氣機(jī)的擴(kuò)壓管類似，渦輪機(jī)的噴管也有葉片式和無(wú)葉片式之分?，F(xiàn)代車用徑流式渦輪機(jī)多采用無(wú)葉片使噴管（參看圖7-11）渦輪機(jī)的渦殼除具有引導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣以一定的角度進(jìn)入渦輪機(jī)葉輪的功能之外，還有將排氣的壓力能和熱能部分地轉(zhuǎn)變動(dòng)能的作用。渦輪機(jī)葉片經(jīng)常在900攝氏度高溫的排氣沖擊下工作，并承受巨大的離心力的作用，所以采用鎳基耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。用質(zhì)量輕并且耐熱的陶瓷材料可使渦輪機(jī)葉輪的重量大約減少三分之二，渦輪增壓加速滯后的問(wèn)題也在很大程度上得到改善。噴管葉片用耐熱和抗腐蝕的合金鋼鑄造或機(jī)械加工成形。渦殼用耐熱合金鑄鐵鑄造，內(nèi)表面應(yīng)該光潔，以減少氣體流動(dòng)損失。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第27頁(yè),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第28頁(yè),轉(zhuǎn)子渦輪機(jī)葉輪，壓氣機(jī)葉輪和密封套等零件安裝在增壓器軸上，構(gòu)成渦輪增壓器轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子以超過(guò)100000r/min，最高可達(dá)200000r/min的高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，因此，轉(zhuǎn)子的平衡是非常重要的。增壓器軸在工作中承受彎曲和扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力，一般用韌性好，強(qiáng)度高的合金鋼40CR或18CrNiWA制造。增壓器軸承增壓器軸承的結(jié)構(gòu)是車用渦輪增壓器可靠性的關(guān)鍵之一?，F(xiàn)代車用渦輪增壓器都采用浮動(dòng)軸承（圖7-14）。浮動(dòng)軸承實(shí)際上是套在軸上的圓環(huán)。圓環(huán)與軸以及圓環(huán)與軸承座之間都有間隙，形成雙層油膜。圓環(huán)浮在軸與軸承座之間。一般內(nèi)層間隙為0.05mm，外層間隙大約為0.1mm。軸承壁厚約3-4.5mm，用錫鉛青銅合金制造，軸承表面度一層厚度約為0.005-0.008的鉛錫合金或金屬銦。在增壓器工作時(shí)，軸承在軸與軸承座中間轉(zhuǎn)動(dòng)。增壓器工作時(shí)產(chǎn)生軸向推力，由設(shè)置在壓氣機(jī)一側(cè)的推力軸承1承受。為了減少摩擦，在整體式推力軸承兩端的止推面6上各加工有四個(gè)布油槽7；在軸承上還加工有進(jìn)油孔5，以保證止推面的潤(rùn)滑和冷卻（圖7-14）。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第29頁(yè),三、增壓壓力的調(diào)節(jié),在渦輪增壓系統(tǒng)中都設(shè)有進(jìn)氣旁通閥和排氣旁通閥，用以控制增壓壓力（參看圖7-9和7-10）。排氣旁通閥及其控制裝置在增壓器上的安裝位置如圖7-16所示?？刂颇ず?中的膜片將膜盒分為左室和右室，右室經(jīng)連通管11與壓氣機(jī)出口相通，左室設(shè)有膜片彈簧作用在膜片上。膜片還通過(guò)連動(dòng)桿2與排氣旁通閥3連接。當(dāng)壓氣機(jī)出口壓力，也就是增壓壓力低于限定值時(shí)，膜片在膜片彈簧的作用下移向右室，并帶動(dòng)連動(dòng)桿使排氣旁通閥保持關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)增壓壓力超過(guò)限定值時(shí)，增壓壓力克服膜片彈簧力，推動(dòng)膜片移向左室，并帶動(dòng)連動(dòng)桿將排氣旁通閥打開(kāi)，使部分排氣不經(jīng)過(guò)渦輪機(jī)而直接排放到大氣中，從而達(dá)到控制增壓壓力機(jī)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。進(jìn)氣旁通閥的工作原理與排氣旁通閥相似。在有些發(fā)動(dòng)機(jī)上，排氣旁通閥的開(kāi)閉由電控單元操縱的電磁線圈控制。電控單元根據(jù)壓氣機(jī)出口增壓壓力的降低，對(duì)電磁線圈通電或斷電，以開(kāi)閉排氣旁通閥。有的電控單元還能按照預(yù)編程序，在發(fā)動(dòng)機(jī)突然加速時(shí)，允許增壓壓力短時(shí)間超出限定值，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第30頁(yè),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第31頁(yè),四、渦輪增壓器的潤(rùn)滑及冷卻,來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)主油道的機(jī)油，經(jīng)增壓器中間體上的機(jī)油口1進(jìn)入增壓器，潤(rùn)滑和冷卻增壓器軸和軸承，然后，機(jī)油經(jīng)中間體上的機(jī)油出口2返回發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼（圖7-17）。在增壓器軸上裝有油封，用來(lái)防止機(jī)油竄入壓氣機(jī)或渦輪機(jī)渦殼內(nèi)。如果油封損壞，降導(dǎo)致機(jī)油消耗量增加和排氣冒煙。由于汽油機(jī)增壓器的熱負(fù)荷大，因此在增壓器中間體的渦輪機(jī)側(cè)設(shè)置冷卻水套，并用軟管與發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系連通。冷卻液自中間體上的冷卻液進(jìn)口3流入中間體內(nèi)的冷卻水套4，從冷卻液出口5流回發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系。冷卻液在中間體的冷卻水套中不斷循環(huán)，使增壓器軸和軸承得到冷卻。有些渦輪增壓器在中間體內(nèi)不設(shè)置冷卻水套，只靠機(jī)油及空氣對(duì)其進(jìn)行冷卻。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速工作之后，如果立即停機(jī)，那么機(jī)油可能由于軸承溫度太高而在軸承內(nèi)燃燒。因此，這類渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)該在停機(jī)之前，至少在怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)1分鐘。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第32頁(yè),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第33頁(yè),第四節(jié)氣波增壓,一、氣波增壓器構(gòu)造,氣波增壓器中有一個(gè)轉(zhuǎn)子，沿其軸向開(kāi)有許多梯形截面的氣體流道（參看圖7-3）。轉(zhuǎn)子懸臂地支承在兩個(gè)軸承4上（圖7-17），與增壓器殼6以及前后端蓋都不接觸。一個(gè)端蓋接低壓空氣和高壓空氣管，稱空氣端蓋1；另一個(gè)端蓋接高壓排氣管和低壓排氣管，稱排氣端蓋8。支承轉(zhuǎn)子5的兩個(gè)軸承4布置在空氣端蓋1中，以保證得到良好的冷卻。空氣端蓋用鋁合金鑄造，排氣端蓋用鑄鐵鑄造，增壓器殼和轉(zhuǎn)子則用低膨脹鋼制造。在增壓器外面包敷絕熱材料，以減少熱量的散失。,2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第34頁(yè),2020/5/23,哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）,第35頁(yè),二、氣波增壓器工作原理,氣波增壓器的工作原理基于一種氣體動(dòng)力現(xiàn)象：當(dāng)壓縮波在管道內(nèi)傳播時(shí)，在管道的開(kāi)口端反射為膨脹波，而在管道的封閉端則反射為壓縮波。反之亦然，即當(dāng)膨脹波在管道內(nèi)傳播時(shí)，在管道的開(kāi)口端反射為壓縮波，而在封閉端則反射為膨脹波。在氣波增壓器中，空氣增壓所需要的能量來(lái)自柴油機(jī)的排氣。空氣的壓縮過(guò)程和排氣的膨脹過(guò)程均在轉(zhuǎn)子中的氣體流道內(nèi)