第十章内燃机的增压介绍
机械增压的特征,除了在低转速便可获 得增压外,增压的动力输出也与曲轴转速成一 定的比例,即机械增压引擎的油门反应随着转 速的提高,动力输出随之增强,因此机械增压 引擎的操作感觉与自然气极为相似,却能拥有 较大的马力与扭矩。
第三节
涡轮增压
涡轮增压的原理是利用引擎运转时所排出来的
废气,用废气来转动涡轮增压器中的排气侧转子,而 排气侧转子与进气侧转子(Compressor)是同轴异室, 当排气侧转子达到一定转速时它带动另一侧的 Compressor,使Compressor转子引进外来的新鲜空气 ,经过压缩倒入进气歧管内,因此Turbo车的进气是非 自然方式,是经过"吸进来,再压缩"所以空气压力是 大于大气压力的。
涡轮机的喷管也有叶片式和无叶片式之分。现代径流式涡轮 机多采用无叶式喷管。此时,涡轮机的涡壳除具有引导废气以一 定角度进入涡轮机叶轮的功能外,还具有将排气的压力能和热能 部分地转变为动能的作用。 涡轮机叶轮工作温度经常在900CA左右,并承受巨大的离心 惯性力作用,所以采用镍基耐热合金钢或陶瓷材料制造。陶瓷材 料重量减轻2/3,可使涡轮增压加速滞后的问题大大改善,但耐热 冲击性能差。 喷管叶片用耐热和抗腐蚀的合金钢铸造或机械加工成形。 涡壳用耐热合金铸铁铸造,内表面应光洁。 3、转子 涡轮机叶轮、压气机叶轮和密封套等零件安装在增压器轴上, 构成增压器转子,其转速高达10万~20万转/分,因此,必须经过动 平衡检验、调整。增压器轴一般用韧性好、强度高的合金钢40Cr 或18CrNiWA制造。
工程机械发动机构造
第十章 内燃机的增压
第一节 增压的基本概念
增压就是利用专用的装置(增压器)在进气过程中采用 强制的方法,将新鲜气体送入气缸,其进气量大大高于自然 进气的进气量,其平均有效压力的数值可以大幅度提高。 内燃机增压后,其功率提高程度称为增压度。 内燃机增压后,进入气缸的气体压力与大气压力之比称 为增压压比。 用增压的方法来提高内燃机的功率指标也有一定的限度 ,主要受机械负荷、热负荷、制造增压器的耐热材料许用 温度的限制。
涡轮增压的主要作用就是提高发动机进 气量,从而提高发动机的功率和扭矩,让车子 更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后,其最 大功率与未装增压器的时候相比可以增加40% 甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机 在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我 们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说,经过增 压之后,动力可以达到2.4L发动机的水平,但 是耗油量却比1.8发动机并不高多少,在另外一 个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气 排放。
涡轮增压器的结构及工作原理 涡轮增压器由离 心式压气机和径流式 涡轮机及中间体三部 分组成。增压器轴5 通过两个浮动轴承9 支承在中间体14内。 中间体内有润滑和冷 却轴承的油道,还有 防止润滑油漏入压气 机或涡轮机中的密封 装置等。 离心式压气机由 进气道6、压气机叶 轮3、无叶式扩压管2及压气机涡壳1等组成。
第二节
机械增压
由机械增压器产生压力,达到增压的效果 ,其低速增压效果好,机构比较紧凑,但驱动 增压器需消耗发动机功率,燃油消曲轴 ,一般都是利用皮带连接曲轴皮带轮,间接将 曲轴运转的扭力带动增压器,达到增压目的。 依构造不同,机械增压出现过许多种类,包括 叶片(Vane)、罗茨(Roots)、温克尔(Wankle) 等型式,罗茨增压器有双叶与三叶转子两种型 式,以双叶转子较普遍,其构造是在椭圆形的 壳体中装两个茧形的转子,转子之间有极小的 间隙而不直接相连,借由螺旋齿轮连动,其中 一个转子的转轴与驱动的皮带轮连接,转子转 轴的皮带轮上装有电磁离合器,在不需要增压 时即放开离合器以停止增压,离合器则由计算 机控制以达到省油的目的。
增压的方式主要有机械增压、涡轮增压和 气波增压三种,各自的结构工作的原理各不相 同,但都可以起到增加进气压力的作用。 最早的增压器是机械增压,在刚发明时被 称为超级增压器(Supercharger),涡轮增压发 明之后为了区隔两者,将涡轮增压器称为 Turbo Supercharger,机械增压则被称为 Mechanical Supercharger,后来,两者就分 别被简化为Turbocharger与Supercharger了。
4、增压器轴承 车用发动机增压器轴承采用浮动轴承,实际是套在轴上的圆环, 圆环与轴以及圆环与轴承座之间都有间隙,形成双层油膜,圆环 浮在轴与轴承座之间。在增压器工作时,圆环在轴与轴承座之间 缓慢转动。 增压器工作时产生轴向推力,由设置在压气机一侧的推力轴 承承受。
涡壳的作用是收集从扩压管中流出的空气,将其引向压气机 出口,空气在涡壳中继续减速增压,完成由动能转变为压力能的 过程。压气机叶轮由铝合金精密铸造,涡壳也用铝合金铸造。 2、径流式涡轮机
涡轮机作用是将发动机 排气的能量转变为机械功。 径流式涡轮机由涡壳、喷管、 叶轮和出气道等组成。 发动机排气经涡壳引导 进入叶片式喷管3。喷管是由 相邻叶片之间构成的减缩形 流道。排气流过喷管时降压、 降温、增速、膨胀,使排气 的压力能转变为动能。从喷管高速流出的废气冲击叶轮1,并在叶 片2所形成的流道中继续膨胀做功,推动叶轮高速旋转。
当压气机旋转时,空气经进气道进入压气机叶轮,并在离心 离的作用下沿着压气机叶片1之间形成的流道,从叶轮中心流向叶 轮的周边。空气从旋转的叶轮获得能量,使其流速、压力和温度 均有较大的提高,然后进入叶片式扩压管3。扩压管为渐扩形流道, 空气流过扩压管时减速增压,温度也有所提高。在扩压管中,空 气所具有的大部分动能转变为压力能。 扩压管分叶片式和无叶片式两 种,右图为叶片式,而无叶片式扩压 管就是由涡壳和中间体侧壁所形成的 环形空间,如图7-11所示。其结构简 单,工况变化对压气机效率的影响很 小,适用于车用增压器。叶片式扩压 管优点是扩压比大,压气机效率高, 但结构复杂,工况变化对压气机效率 有较大的影响。