陳家瑞第五版《汽車構(gòu)造》第9章汽車發(fā)動機增壓

1、第八章第八章 發(fā)動機潤滑系統(tǒng)寶來1.8T、帕薩特1.8T 、奧迪A6 1.8T中的T代表什么意思？它有什么意義？發(fā)動機增壓技術(shù)是強化發(fā)動機的最有效的手段，當(dāng)前西方發(fā)達國家的車用柴油機基本上都采用了增壓的技術(shù)，汽油機增壓的應(yīng)用日漸廣泛。 據(jù)權(quán)威機構(gòu)統(tǒng)計，2002年在歐洲銷售的輕型汽車（轎車和輕型商用車）中有42%安裝了渦輪增壓器，這一比例是全世界最高的。從1998年至2000年，歐洲的渦輪增壓器銷售量從400萬套上升到600萬套，而到2002年則達到800萬套。這樣大幅度的增長主要是因為其在輕型汽車上的廣泛使用。當(dāng)然，其中也包括豪華轎車。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容概述機械增壓渦輪增壓氣波增壓概述概述 增

2、壓：就是將空氣預(yù)先壓縮然后再供入氣缸，以期提高空氣密度、增加進氣量的一項技術(shù)。 優(yōu)點 增加發(fā)動機功率良好的加速性能 改善燃油經(jīng)濟性 渦輪增壓的最大優(yōu)點是它可在不增加發(fā)動機排量的基礎(chǔ)上，大幅度提高發(fā)動機的功率和扭矩。一臺發(fā)動機裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器相比，可增加大約40%甚至更多。 分類 機械增壓機械增壓器Super Charge 渦輪增壓渦輪增壓器Turbo Charge 氣波增壓氣波增壓器機械增壓器機械增壓器 機械增壓器由發(fā)動機曲軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動，或由曲軸齒形傳動帶輪經(jīng)齒形傳動帶及電磁離合器驅(qū)動。機械增壓器優(yōu)缺點機械增壓器優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點： 機械增壓能有效地提高發(fā)動機

3、功率 與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。 機械增壓器與發(fā)動機容易匹配，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。缺點：缺點： 由于驅(qū)動增壓器需消耗發(fā)動機功率，因此燃油消由于驅(qū)動增壓器需消耗發(fā)動機功率，因此燃油消耗率比非增壓發(fā)動機略高。耗率比非增壓發(fā)動機略高。渦輪增壓器渦輪增壓器 組成：渦輪機和壓氣機。 優(yōu)點： 在不加大發(fā)動機排量就能較大幅度地提高發(fā)動機的功率及扭力； 經(jīng)濟性比機械增壓和非增壓發(fā)動機都好； 可大幅度地降低有害氣體的排放和噪聲水平。 缺點： 低速時轉(zhuǎn)矩增加不多 在發(fā)動機工況發(fā)生變化時，瞬態(tài)響應(yīng)差，致使汽車加速性，特別是低速加速性較差。氣波增壓器氣波增壓器 有一個特殊形狀的轉(zhuǎn)子，由發(fā)動機曲軸帶輪經(jīng)傳動帶驅(qū)動

4、。在轉(zhuǎn)子中發(fā)動機排出的廢氣直接與空氣接觸，利用排氣壓力波使空氣受到壓縮，以提高進氣壓力。 氣波增壓器結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，工作溫度不高，不需要耐熱材料，也無需冷卻。 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。由于柴油機的最高轉(zhuǎn)速比較低，因此多用于柴油機上。汽油機增壓技術(shù)汽油機增壓技術(shù)（1）汽油機增壓比柴油機增壓困難的原因 汽油機增壓后爆燃傾向增加 由于汽油機混合氣的過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，因此增壓之后汽油機和渦輪增壓器的熱負(fù)荷大 車用汽油機工況變化頻繁，轉(zhuǎn)速和功率范圍寬廣，致使渦輪增壓器與汽油機的匹配相當(dāng)困難 渦輪增

5、壓汽油機的加速性較差柴油機與汽油機工作時各行程狀態(tài)參數(shù)比較柴油機柴油機汽油機汽油機 狀態(tài)狀態(tài)行程行程溫度溫度(K)壓力壓力(MPa)溫度溫度(K)壓力壓力(MPa)進氣行程進氣行程3103400.0850.0953203800.080.09壓縮行程壓縮行程7501000356007500.81.5作功行程作功行程18002200(瞬時最高瞬時最高) 10001200(作功終了作功終了)69(瞬時最高瞬時最高) 0.20.5(作功終了作功終了)22002800(瞬時最高瞬時最高) 12001500(作功終了作功終了)36.5 (瞬時最高瞬時最高) 0.350.5(作功終了作功終了)排氣行程排氣行

6、程7009000.1050.1290011000.1050.12汽油機增壓技術(shù)汽油機增壓技術(shù)（2）汽油機增壓的改進措施 在電控汽油噴射式發(fā)動機上實行汽油機增壓，成功地擺脫了化油器式發(fā)動機與渦輪增壓器匹配的困難。 應(yīng)用點火提前角自適應(yīng)控制，來克服由于增壓而增加的爆燃傾向。 對增壓后的空氣進行中間冷卻（減輕爆燃）。 采用增壓壓力調(diào)節(jié)裝置。二、機械增壓系統(tǒng)二、機械增壓系統(tǒng) 機械增壓器6為羅茨式壓氣機，由曲軸帶輪12經(jīng)傳動帶和電磁離合器帶輪11驅(qū)動增壓器6工作?？諝饨?jīng)增壓器增壓后再經(jīng)中冷器7降溫，然后進入氣缸。當(dāng)發(fā)動機在小負(fù)荷下運轉(zhuǎn)時不需要增壓，這時電控單元(ECU)17根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器3的信號，

7、使電磁離合器斷電，增壓器停止工作。與此同時，電控單元向進氣旁通閥5通電使其開啟，空氣經(jīng)旁通閥及旁通管道進入氣缸。爆燃傳感器9安裝在發(fā)動機機體上，它將發(fā)動機發(fā)生爆燃的信號傳輸給電控單元，電控單元則發(fā)出相應(yīng)的指令減小點火提前角，以消除爆燃。壓氣機的轉(zhuǎn)子壓氣機的轉(zhuǎn)子羅茨式壓氣機的轉(zhuǎn)子有兩葉的，也有三葉的。通常兩葉轉(zhuǎn)子為直線型，而三葉轉(zhuǎn)子為螺旋型。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。大眾大眾TSITSI發(fā)動機上使用的機械增壓器發(fā)動機上使用的機械增壓器 羅茨式壓氣機的工作原理羅茨式壓氣機的工作原理當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，空氣從壓氣機入口吸入，在轉(zhuǎn)子葉片的推動下空氣被加速，然后從壓氣機出口壓出。出口與

8、進口的壓力比可達1.8。羅茨式壓氣機結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長，供氣量與轉(zhuǎn)速成正比。電磁離合器電磁離合器 電磁離合器安裝在傳動帶輪中。電控單元根據(jù)發(fā)動機工況的需要，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，電磁線圈通電，主動板吸引從動摩擦片，使離合器處于接合狀態(tài)，增壓器工作。當(dāng)切斷電源時，電磁線圈斷電，主動板與從動摩擦片分開，增壓器停止轉(zhuǎn)動三、渦輪增壓系統(tǒng)三、渦輪增壓系統(tǒng)單渦輪增壓系統(tǒng)只有一個渦輪增壓器雙渦輪增壓系統(tǒng)單渦輪增壓單渦輪增壓雙渦輪增壓雙渦輪增壓渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理離心式壓氣機離心式壓氣機徑流式渦輪機徑流式渦輪機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子渦輪

9、機葉輪、壓氣機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100000r/min，最高可達200000r/min的轉(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、強度高的合金鋼40Cr或18CrNiWA制造。增壓器軸承增壓器軸承增壓壓力的調(diào)節(jié)增壓壓力的調(diào)節(jié)電控排氣旁通閥的增壓系統(tǒng)電控排氣旁通閥的增壓系統(tǒng)變截面渦輪增壓器變截面渦輪增壓器VGTVGT對于無葉徑流式渦輪機，可以在噴管出口處安裝軸向移動的擋板來調(diào)節(jié)無葉噴管出口截面積。 渦輪增壓器的潤滑及冷卻渦輪增壓器的潤滑及冷卻真正讓廢氣渦輪增壓技術(shù)名聲大噪的首推1974年的保時捷

10、911 Turbo。當(dāng)年，裝備2.1L廢氣渦輪增壓發(fā)動機的911 Carrera RSR Turbo 2.1憑借強大的馬力以及出色的操控性能，橫掃勒芒24小時耐力賽。而第一代普通版本的保時捷911 Turbo則采用3.0L廢氣渦輪增壓水平對置風(fēng)冷發(fā)動機，最大輸出功率可以達到260匹。此后相繼推出的數(shù)代保時捷911 Turbo也都成為世人追捧的傳世之作。也許以后人們在評論保時捷對于汽車工業(yè)的貢獻時會毫不猶豫地提到“甲蟲”式的流線車身、風(fēng)冷水平對置發(fā)動機、出色的操控性能，還有就是大名鼎鼎的Turbo.廢氣渦輪增壓典型薩博廢氣渦輪增壓典型薩博9-3 2.0T 9-3 2.0T 薩博是世界上較早使用廢

11、氣渦輪增壓(Turbo)發(fā)動機的廠商之一。作為一部強調(diào)運動風(fēng)格的豪華轎車，薩博9-3 2.0T這款直列四缸廢氣渦輪增壓發(fā)動機，在2500轉(zhuǎn)時便可達到265Nm的最大扭矩。這種低轉(zhuǎn)速下的良好加速性，對于日常行駛非常實用。據(jù)專業(yè)雜志試駕人員介紹，廢氣渦輪增壓雖然有低速乏力和運轉(zhuǎn)時突兀的不足，但薩博9-3 2.0T的加速遲滯感已降低得很小，開起來與一部發(fā)動機自然吸氣的汽車區(qū)別不大。 廢氣渦輪增壓典型廢氣渦輪增壓典型 VOLVO S80 2.5TVOLVO S80 2.5T 該發(fā)動機具有設(shè)計先進、耐力超強、運行靈活、燃油效率高和反應(yīng)快速等卓越性能。發(fā)動機形式為橫置五缸渦輪增壓，排氣量為2.5升，最大功

12、率210hp(相當(dāng)于154kw)/5000rpm，最大扭矩320Nm/1500-4500rpm，從輸出數(shù)據(jù)看，較為注重高轉(zhuǎn)速輸出。渦輪增加所產(chǎn)生的附加動力等于使原來2.5升的發(fā)動機提升到相當(dāng)于3.0升以上。 新款S80 2.5T怠速時相當(dāng)平順，震動也相當(dāng)輕微。發(fā)動機的進氣和排氣部位都安裝了CVVT連續(xù)可變氣門正時裝置，從而確?？蓪?jié)氣門的變化做出迅速反應(yīng)，使發(fā)動機的燃燒狀態(tài)保持最佳，即使在低轉(zhuǎn)速下運行時也可提供豐沛的驅(qū)動力。VOLVO S80 2.9T6VOLVO S80 2.9T6S80是世界上第一輛配有橫置六缸引擎的轎車，新款S80 T60采用橫置六缸24氣門雙渦輪增壓2.9L全鋁發(fā)動機，

13、配備世界上體積最小的手自排一體電控變速箱，272匹馬力(相當(dāng)于200kw)。在7.2秒內(nèi)將這輛寬大豪華的轎車強力加速到100公里/小時，即使跑到250公里/小時的極速，電腦感應(yīng)牽引力控制系統(tǒng)和制動分配系統(tǒng)也使你不必?fù)?dān)心車輛穩(wěn)定性的控制和動力的發(fā)揮。從1800轉(zhuǎn)至5000轉(zhuǎn)均有380Nm的最大扭力輸出，在你還沒有感受到波箱換擋沖擊的情況下，你已經(jīng)輕松超過所有的人。 復(fù)合式增壓器復(fù)合式增壓器復(fù)合式增壓器是把機械增壓器與廢氣渦輪增壓器聯(lián)合起來工作的增壓裝置。應(yīng)用： 主要用于某些二沖程發(fā)動機上，借以保證發(fā)動機起動和低速負(fù)荷時有必要的掃氣壓力。 復(fù)合式增壓器還適合于排氣背壓較高的場合（如水下）。 但它的

14、結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，體積過大，多用于固定式機器，并不適合小型乘用車輛。大眾GOLF GT 1.4TSI發(fā)動機（搜集相關(guān)資料）大眾大眾TSITSI發(fā)動機解析發(fā)動機解析 TSI發(fā)動機是在FSI技術(shù)的基礎(chǔ)之上，安裝了一個渦輪增壓器和一個機械增壓器，提升動力輸出，降低油耗。大眾1.4升TSI發(fā)動機是全球第一臺擁有兩個增壓裝置的汽油直噴發(fā)動機。 與柴油發(fā)動機相比，TSI更安靜，持續(xù)的動力輸出范圍更廣，同時油耗上也相差不多。 最大功率：168匹馬力/6000轉(zhuǎn) 最大扭矩：240牛米/1750-4500轉(zhuǎn) 1.4升TSI發(fā)動機的功效可以與一臺普通2.3升發(fā)動機相比美，但是燃油消耗能夠降低近20%。 在發(fā)動機轉(zhuǎn)速很

15、寬的一個范圍內(nèi)，都能夠保證高扭矩輸出，所以駕駛更輕松，有效減少換擋次數(shù)。 大眾高爾夫大眾高爾夫GTGT上裝配的上裝配的1.4L TSI1.4L TSI發(fā)動機發(fā)動機 習(xí)題習(xí)題P265 習(xí)題1-4。增壓器生產(chǎn)企業(yè)增壓器生產(chǎn)企業(yè) 霍爾塞特公司holset 霍爾塞特是世界上最大的中型和重型渦輪增壓器制造商，是美國康明斯發(fā)動機公司的全資子公司。 無錫霍爾塞特在中重噸位發(fā)動機市場的占有率已升至50%左右 霍尼韋爾公司Honeywell 世界500強之一,霍尼韋爾渦輪增壓技術(shù)公司是全球最大的客車和商用車發(fā)動機增壓系統(tǒng)的制造商之一。 上海全球渦輪增壓器技術(shù)中心 Garrett發(fā)動機增壓系統(tǒng) 霍尼韋爾在中國重型

16、車市場已經(jīng)達到45%的占有率，在輕型車市場上也有很大的市場份額。 HONEYWELL國際公司據(jù)了解，目前國內(nèi)輕型發(fā)動機的渦輪增壓系統(tǒng)市場，也主要是由國外幾個品牌占據(jù)。目前“兩霍”的市場占有率，加在一起約在80%左右。博格華納公司增壓系統(tǒng)(BorgWarner) 兩大品牌KKK和Schwetzer收入麾下，而且分處德國和美國兩個國家 BORA 1.8T、A4 1.8T 所使用的K03 渦輪 ，大眾和奧迪集團車系伊頓公司（Eaton）重工集團（Ishikawajima-Harima）三菱重工 豐田愛信Toyota (亞洲) 日本Tochigi Fuji Sangyo KK 31花絮花絮在賽場上，1

17、974 年，保時捷憑借其KKK增壓型2.1 升發(fā)動機一舉奪得勒芒24小時耐力賽第二名，從而首次使渦輪增壓車闖入該賽事的前十名。此后，保時捷的渦輪增壓車?yán)^續(xù)稱雄于勒芒，在1976至1987的12年間，竟然10次奪冠。 KKK渦輪增壓器德國名車保時捷911 Turbo 歷代車型成為永久不變的傳奇經(jīng)典。 VGT(Variable geometry turbochargers) 即可變幾何尺寸渦輪，通過改變渦輪進氣端的葉片幾何形狀達到改變A/R值的一種渦輪增壓技術(shù)。這樣的技術(shù)最先是應(yīng)用在柴油引擎上，而應(yīng)用在轉(zhuǎn)速更高的汽油引擎上并不多見。最先使用這一技術(shù)的是克萊斯勒1989款Shelby CSX-VNT

18、。它使用了一顆來自Garett的VNT-25可變噴嘴渦輪，2.2L的直列4缸引擎可以發(fā)出175ps功率，最大扭矩達到 278Nm，以當(dāng)時的眼光看來已經(jīng)屬于辛辣車種。不過它只生產(chǎn)了僅僅兩臺原型車和498臺商品車。 2006年，代號997的新一代Porsche 911 Turbo面世。 480ps/3.6L,水平對置6缸增壓引擎 讓最高車速達到 311km/h。 扭矩更是達到狂暴的620Nm（通過選裝 Sport Chrono Package運動包可以達到680Nm ！輪胎要倒霉了?。?。 這樣的扭矩能干掉扭矩“僅有” 465Nm的老冤家法拉利F430。 如此狂暴的低扭，如此放肆的高轉(zhuǎn)輸出，都由一顆

19、善變的渦輪撐腰。它就是來自BorgWarner（博格華納）的VTG（Variable Turbine Geometry）渦輪。 這是VGT增壓技術(shù)第一次在大量生產(chǎn)的汽油車型上亮相渦輪廢氣入口端的葉片加上了可變裝置，就是在渦輪葉片周圍加上了一圈能調(diào)整角度的導(dǎo)流葉片。引擎低轉(zhuǎn)時，葉片與氣流的角度較大，能充分利用廢氣的能量，讓廢氣盡快推動壓氣機渦輪高速旋轉(zhuǎn)起來；在大負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速的情況下，葉片的角度變小，加快廢氣流動的速度，防止發(fā)生過增壓的情況。這套系統(tǒng)由發(fā)動機ECU控制，滿足引擎不同轉(zhuǎn)速下的增壓需要，使其兼?zhèn)湫u輪的低延遲和大渦輪高效率的特性。BMW雙渦輪柴油發(fā)動機 2.0L 四缸 雙渦輪柴油發(fā)動機

20、 最高馬力204匹 400牛米 配置的Piezo高壓噴嘴可在發(fā)動機轉(zhuǎn)三圈后壓力值達到2000bar時把燃油從中噴出 世界上全鋁柴油機中，第一款升功率輸出超過100ps的twin-turbo diesel 寶馬聲稱，最強的 F1引擎馬力記錄是1986年由渦輪增壓四缸引擎產(chǎn)生的將近1100匹馬力。Bugatti Veyron W16汽缸配置、8.0升排氣量、四渦輪增壓系統(tǒng)，壓榨出1,001匹的最大馬力（736 kW） BMW M12/13 1.5L TURBOBMW M12/13 1.5L TURBO 一臺簡單的四缸機加一部KKK渦輪增壓器，就可以發(fā)出821KW功率，而2003年BMW用科技武裝到牙齒3升V10也遠(yuǎn)不能達到這個數(shù)字，這就是TURBO的威力，最低的成本獲取幾乎沒有上限的動力，而所需要做的就是加強氣缸和提高增壓值，但允許TURBO的后果就是技術(shù)停滯和過大動力的潛在危險性。F1F1在過去15年中，法拉利幾乎使用過從V8到V12的引擎技術(shù)。1989年，當(dāng)國際汽