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1、第3章发动机增压技术,增压技术的应用源于高效、价廉的废气涡轮增压器 对内燃机低油耗、高功率的需求以及日益严格的排放法规限制,内容1、增压技术和方式；2、涡轮增压系统；3、涡轮增压柴油机的特点和性能；4、涡轮增压汽油机；5、涡轮增压器及其调节。,31 增压技术和增压方式,一、增压技术：1、定义：将空气或可燃混合气进行预压缩再送人汽缸。2、作用：增压后，每循环进入汽缸的新鲜充量密度增大，使实际充气量增加，从而达到提高发动机功率和改善经济性的目的。3、方法：根据公式Kc常数，pe有效压力，Vs工作容积。提高内燃机功率的措施分析：（动作系数z=C）1)增加汽缸排量，即汽缸工作容积Vs 或汽缸数i 2)
2、增加转速n，也即提高活塞平均速度cm。3)增加平均有效压力Pe,增压技术,分析：1)增加汽缸排量，即汽缸工作容积Vs 或汽缸数i。则内燃机重量和尺寸；2)增加转速n，也即提高活塞平均速度cm。则运动件的惯性力和机械应力（惯性力转速2）而且活塞平均速度超过一定值充气效率机械损失和机械磨损；3)增加平均有效压力Pe根据平均有效压力公式其中：e是有效热效率，Hu是燃料的热值，v为充气系数，s是空气密度，是过量空气系数，L0是理论空燃比14.7。可见：采用增压的方法提高进气压力Ps，采用中间冷却的方法降低Ts，是提高平均有效压力Pe的有效手段。,增压技术和增压方式,4、度量：增压后内燃机功率的增加程度
3、可用增压度表示，其定义为增压后与增压前的内燃机功率之比值，即增压后与增压前标定工况下平均有效压力之比值：式中：s增压后汽缸进气密度；e增压前汽缸进气密度。因为车用发动机增压不仅要求功率增加，而且还要在较大的转速和负荷范围内满足动力性、经济性、排放与成本等多方面的要求，所以车用内燃机的增压度不高，大约在1060的范围内，大部分在2030。,增压技术和增压方式,目前，增压程度的划分尚无统一标准，通常以增压压力pk或增压比k(增压器后和增压器前的空气压力比)的大小来划分增压范围：低增压：pk 017 MPa 或k 17：中增压：pk=O18025 MPa或k=1825；高增压：pk=026035 M
4、Pa或k=2635；超高增压：pk035 MPa 或k35。随着增压压力的增加，进入汽缸的空气温度也会升高，相应地减缓了空气密度的增加，影响了增压的效果，因此，增压压力较高时，通常要采取进气冷却措施，即所谓中冷的方法，将压气机出口的增压空气先经过冷却器降温后再输入汽缸。中冷可以提高充气密度、降低内燃机排气温度，并有利于降低内燃机的热负荷。,增压方式,二、增压方式：按实现增压所提供的能量方式可分为：机械增压、废气涡轮增压、复合增压和气波增压4种基本类型。,废气涡轮增压系统应用最为广泛。(1)机械增压 通常由内燃机曲轴通过齿轮来驱动增压器，将气体压缩并送人发动机汽缸，机械增压一般采用离心式压气机，
5、在车用内燃机上还常采用罗茨式、螺杆式和转子活塞式等多种容积式压气机。机械增压一般只在增压比不高时或某些特殊情况下采用。磨刀不误砍柴功,增压方式,(2)废气涡轮增压 特点：内燃机排出的废气经涡轮膨胀做功后再排往大气；涡轮发出的功率驱动压气机。因此，在涡轮增压内燃机工作时，涡轮和压气机两者的功率必须保持平衡，以保证内燃机发出预定功率时所需要的增压压力和空气流量。,图32涡轮增压系统1排气管；2涡轮壳；3涡轮；4转子轴；5压气机；6集气器；7进气管,涡轮增压的主要优点有：1)重量体积增加很少的情况下，一般可提高功率20%50，而且容易实现高增压 2)涡轮增压后经济性有明显提高。油耗率可降低5%10；
6、3)可降低排气噪声和烟度，减少了对环境的污染。涡轮增压也有一些缺点：如加速性能较差；热负荷问题较严重；对大气温度和排气背压较敏感。,增压方式,(3)复合增压 1)机械增压和涡轮增压组成的复合增压 串连复合增压：进入汽缸的空气经两级压缩，第一级用涡轮增压，经中冷后空气再进行第二级机械增压(常为罗茨式压气机)。这种方式用于高增压柴油机上，并可以改善低速转矩特性和加速性。并联复合增压：机械增压和涡轮增压并行向柴油机汽缸供给增压空气，机械增压可以弥补涡轮增压器的供气不足。,复合增压系统(机械增压+涡轮增压)(a)串联系统(b)并联系统E内燃机；T涡轮；k压气机,增压方式,并联复合增压系统结构复杂，多用
7、于实现纯涡轮增压较 困难的二冲程柴油机。主要原因是：扫气空气量大，压气机消耗的功率较多；扫气过程中新鲜空气和排气的掺混使排气温度降低，排气能量减少；要求有较大的进排气压力差，但排气温度不高，致使涡轮和压气机的功率难于达到平衡。涡轮功率不足，就需要供给一部分附加能量，通常由增加一级机械传动的压气机补其不足。纯涡轮增压的实现：排气可用能量约占燃料能量的15左右。在二冲程柴油机上，如果采用脉冲增压系统来提高排气能量传递效率，并采用高效率的涡轮增压器，则20以上的排气能量可以加以利用，这样就有可能实现纯涡轮增压。如6EL390ZC柴油机就是纯涡轮增压二冲程柴油机。,增压方式,图34复合增压(涡轮增压+
8、谐振系统)1涡轮增压器；2连接管；3稳压箱；4共振管；5共振室；6进气管；7汽缸,2)涡轮增压和谐振系统组成的复合增压：涡轮增压与进气动态效应相结合的复合增压系统，如图。空气先在涡轮增压器l中压缩，经连接管2进入稳压箱3，使谐振系统的压力波动不致影响压气机的工作，然后进入谐振系统(由谐振管4和谐振室5组成)，进一步压缩后流入内燃机进气管6。六缸内燃机可分成两个独立的谐振系统。将进气相位不重叠的汽缸与一个谐振系统相连接，可以更好地利用谐振系统的动能。,增压方式涡轮增压和谐振系统组成的复合增压,谐振增压原理：谐振系统的固有频率取决于：音叉原理，水击现象系统的结构参数(谐振管长度直径d以及谐振室的容
9、积y)空气压力波传播速度(音速)。内燃机各汽缸周期性的吸气过程对进气系统会产生激振，当这一激振的某一阶谐波与谐振系统的固有频率一致时，便产生共振，这时谐振室内的压力振幅达到最大值，从而实现惯性增压。实现共振时的内燃机转速称为谐振转速ncs，这时内燃机的容积效率，可达最大值，一般可通过调整谐振系统的结构参数来控制谐振转速，可把希望得到最大有效转矩Memax 的转速定为产生共振的转速，以改善内燃机容积效率变化曲线。为提高低速扭矩性能提供了可能，从而改善涡轮增压柴油机的扭矩特性。试验表明，这种增压方式可提高最大有效转矩28。,增压方式涡轮增压和谐振系统组成的复合增压,谐振系统的谐振频率f可近似地按下
10、式计算：式中：F谐振管截面积；L谐振管长度；V谐振室容积；a空气压力波传播速度。当F不变时，减小谐振室容积，而增加谐振管长度，可获得同一谐振频率。为使谐振系统获得最佳效果，要尽可能减少管道的流动阻力与压力损失。谐振管管径不宜过细，管接口、管壁要光滑，弯头要少和弯管曲率半径要大等。,涡谐复合增压方式的主要优点是：结构较简单，不需要专门的控制系统；内燃机的转矩特性可获得明显改善；加速性能 也可得到改善；（因为进气系统的容积较大，可缩短响应时间。）缺点：进气管系尺寸较大，在内燃机上不易布置；较适合在3、6缸内燃机上采用。,增压方式气波增压,(4)气波增压：泾渭分明 工作原理：利用气体质点和压力波以及
11、压力波的反射特性，使废气和新鲜充量接触，在相互不混合前提下，直接将废气能量传给低压气体，并提高其压力实现增压。空气的压缩过程和排气的膨胀过程在转子叶道内分别以压缩波和膨胀波的形式完成。气波增压器主要由转子、空气定子和燃气定子所组成。转子上装有许多直叶片，形成许多梯形截面的叶道。转子支撑在轴承上，与定子都不接触，柴油机曲轴驱动转子。气波增压器结构较简单、适应工况变动范围较大、加速性和低速转矩特性较好，适用于载货汽车和工程机械等柴油机，但由于体积、重量较大，效率不高，且难于良好匹配，所以，迄今应用不广。,图35气波增压系统1活塞；2转子；3传动皮带；4高压排气；5高压进气；6低压进气口；7低压排气
12、口,涡轮增压系统涡轮增压系统的基本类型,32 涡轮增压系统一、涡轮增压系统的基本类型 根据排气能量的利用方式分为两种基本类型：定压涡轮增压系统脉冲(变压)涡轮增压系统(1)定压涡轮增压系统 定压涡轮增压系统(见图36(a)的特点是：,涡轮前的排气压力基本上保持恒定，把各缸的排气管都通向一根排气总管上，且排气总管的容积要足够大，应能起稳定压力的作用。虽然各汽缸的排气时间互有差异，压力波动较大，但汇集到排气总管后，互相混合减速和滞止，基本保持恒定压力。然后，排气按定压由排气总管导人涡轮机的喷嘴环。,涡轮增压系统,(2)脉冲涡轮增压系统脉冲涡轮增压系统（如图36(b)）的特点是：,把各缸的排气歧管做
13、得短而细，涡轮增压器尽量靠近汽缸，并且几个汽缸(通常2个缸或3个缸)连接一根排气管，这样在每一根排气管中就形成几个连续的互不干扰的排气脉冲波(或称排气压力波)进入废气涡轮机中；同时把涡轮的喷嘴环根据排气管的数目分组隔开，使它们互不干扰。由于涡轮处在进气压力波动较大的条件下工作，所以该系统又称为变压式涡轮增压系统。,涡轮增压系统的基本类型,1)、在定压涡轮增压系统中，排气总管容量大，有压力平衡作用。废气流入排气总管造成了强烈的节流和不可逆膨胀损失，能量传递效率较低。特别是在降低增压比、加大喷嘴环的流通截面时，涡轮机前的排气总管压力p下降，能量损失更大。试验结果表明：,二、定压式和脉冲式涡轮增压系
14、统的比较和选择,=1516时，只能利用排气总能量的1215；3.0后，可增加到3035。,定压式和脉冲式涡轮增压系统的比较和选择,在脉冲涡轮增压系统中，不存在大容积的排气总管，理论上不应出现不可逆膨胀损失。初始排气时有很大压降，气门端背压p上升很快，见图(a)；再加上流人涡轮机的排气有较高的动能，一部分在涡轮机中转化为机械功。所以脉冲涡轮增压系统能量传递效率较高。,排气脉冲波与发动机的扫气性能a、脉冲涡轮增压系统 b、定压涡轮增压系统,Pe排气门开启后的缸内压力，Pk排气门外背压，pb增压压力,随着增压比增加脉冲能量在排气能量中所占比重减小，这两种增压系统的能量传递效率逐渐接近。,定压式和脉冲
15、式涡轮增压系统的比较和选择,2)脉冲增压系统对汽缸扫气有明显好处。在气门重叠扫气期间，脉冲系统已经排空，p正处于波谷（见图)，因此即使在低增压和高增压的部分负荷工况，仍有足够的扫气压力差p-p，保证汽缸内良好的扫气。而在定压涡轮增压系统中由于p波动小，扫气压力差就大为减小，不容易保证汽缸的扫气。,3)在脉冲涡轮增压系统中，排气管容积较小，当发动机负荷改变时，排气的压力波立刻发生变化，并迅速传递到涡轮机，引起增压器转速较快的变动，所以其加速性能较好。而在排气总管容积较大的恒压涡轮增压系统中，涡轮前压力变化比较缓慢，加速性能较差，特别在低增压时，排气能量的利用程度较低，加速性能就更差，同时其转矩特
16、性也变差。,定压式和脉冲式涡轮增压系统的比较和选择,4)脉冲系统的涡轮平均绝热效率比定压系统的略低。因为定压系统在涡轮前的压力恒定，喷嘴环为全周稳定入流；而脉冲系统在涡轮前的废气压力和温度都是周期性变化的，进入工作轮叶片的气流方向也周期性地改变；而工作轮叶片的安装角都是固定的，气流和叶片不断发生冲击和气流分离，从而造成局部气流的撞击损失。此外在有些情况下，涡轮机还存在着部分进气损失。5)脉冲系统的废气瞬时流量也是周期性变化的，其瞬时最大流量比定压系统的流量(相当于脉冲系统的平均流量)大，因此，脉冲涡轮的尺寸较大。其排气管的结构也较复杂，受每根排气管连接汽缸数目的限制，在一台柴油机上有时不得不采
17、用几个废气涡轮增压器，这就使得整个增压系统变得复杂，柴油机的轮廓尺寸加大。,综上所述：中、小型发动机多为低增压，采用脉冲涡轮增压较为有利。大型柴油机增压比较高，则宜采用定压涡轮增压。但考虑到车用柴油机大部分时间在部分负荷(此时增压压力较低)下工作，对其转矩特性和加速性能要求比较高，即便是在高增压的车用柴油机上仍常采用脉冲涡轮增压系统。,33 涡轮增压柴油机的特点和性能：,一、涡轮增压柴油机的特点：增压度越高，柴油机的机械负荷和热负荷越高。机械负荷的标志为最高燃烧压力pz，而热负荷的标志是活塞温度及涡轮前废气温度Tt。增压柴油机的特点：为了保证增压柴油机在高机械负荷、热负荷的条件下，能可靠耐久地
18、工作，所采取的“发动机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面的措施”。,涡轮增压柴油机的特点,(1)主要参数的选取 为了降低爆发压力pz，在增压发动机中可以适当降低压缩比。在低增压时压缩比可降低一个单位（比非增压柴油机）随着增压比提高，可以多降低一些，一般可取=1214,低于11是不太合适的。因为：压缩比过低，柴油机的经济性恶化，工作粗暴，特别是pz 太低引起冷启动困难。如：135型柴油机增压时压缩比从16下降到14。增压柴油机适当加大过量空气系数，可降低柴油机的热负荷和改善经济性。在低速及中速柴油机上，由于非增压时的=1822较大，因此增压后的过量空气系数可以和原来的一样。在高速柴油
19、机上，非增压时=1117较小，因此在使用增压系统后，一般要将放大1030，以免受热零件温度过高。,涡轮增压柴油机的特点和性能,（2）供油系统分析：、柴油机增压以后，要求增加每循环的供油量。注意连锁效应：每循环的供油量供油持续角使燃烧过程柴油机指示效率i=W/Q 缩小供油持续角的方法有：a、增大柱塞直径；b、增加供油速率(喷油泵凸轮廓线较陡)，,不同增压度下的供油速率,c、提高喷油压力以及加大喷油嘴喷孔直径等。（提高喷油压力和增大喷孔直径还可以增加油束的射压，保证在汽缸空气密度增大的情况下有足够射程，以适应油束和气流及燃烧室尺寸之间配合的需要。）,供油系统,、因为增压柴油机压缩终点的温度和压力均
20、增高；压缩终点的温度和压力着火延迟期存在着减小供油提前角的可能性。供油提前角的减小可能使爆发压力降低；但是：爆发压力燃浇时间比油耗g 排气管废气温度T。注意必须：减小供油提前角，缩短供油持续时间，重新调整油束与气流的配合，强化着火后的燃烧等措施结合起来，使p与g、T的矛盾得到合理解决才是可行的。此外，还要注意，在增压度提高后，供油量加大，高压油管及喷嘴进油孔处要保证具有足够大的流通截面，以适应供油量加大的需要，否则也会引起柴油机功率不足，比油耗和排气温度升高等。,配气机构,(3)配气机构 为了提高柴油机的扫气能力，清除燃烧室废气，提高充气效率v，及降低热负荷。增压发动机一般采用较大的气门重叠角
21、，利用活塞在上止点附近增压压力pk和废气涡轮前工质压力pt的压力差进行扫气。在定压涡轮增压系统中，气门重叠角的选取既要考虑高负荷时扫气的要求，又要兼顾低负荷时排气倒流的可能性。因为这时增压器工作偏离设计工况，涡轮增压器综合效率及增压压力都降低，pt就有可能大于pk，引起排气倒流人汽缸和进气管，从而使进气管强烈发热，并在其中形成积焦和油垢。在脉冲涡轮增压系统中，扫气期间排气管内压力正好处在脉冲压力的低压阶段，进排气管具有较大的压力差来进行扫气，就是在发动机部分负荷时这种状况还将保留，使其在低负荷时仍能获得良好的扫气效果，因而脉冲增压系统可以采用较大的气门重叠角，一般在110130之间。,配气机构
22、,而实践表明：在脉冲涡轮增压系统，随着增压压力的提高，特别是高转速柴油机(n2 000 rrain)，气门重叠角反而应取得小一些，以防止发动机在低速和低负荷时排气倒流，以及避免在活塞顶部开过深的气门凹坑(因为高增压柴油机为了增加进、排气门的时间截面值，一般均取较大的气门升程)。因此，在增压压力接近300 kPa时，采用和非增压时差不多的气门重叠角。由右图可知：135Z发动机重叠角增大时废气温度和耗油率,下降，空气流量增加。当重叠角大于116时，各参数变化已平稳。,主要参数的选取,、进排气系统：脉冲涡轮增压系统中，各缸排气应该互不干扰，所以排气管的连接有一定的顺序：见表。对于增压柴油机：排气管一
23、般均采用耐热铸铁制造。（热负荷大，防开裂）,进气管容积尽可能大。（减少进气压力的脉动，提高 压气机效率和改善发动机性能）空气滤清器也相应增大，以免压气机进口压力损失过大，引起柴油机性能恶化。位置应使排气管最短，同时又不使压气机受到排气管加热的影响。,涡轮增压柴油机的特点和性能,（）、冷却增压空气：作用：提高进气密度，从而提高柴油机功率；降低柴油机压缩始点的温度和柴油机的热负荷和排气温度。试验数据表明：增压空气每降低10，柴油机的平均温度可降低2530。在增压比为152时，冷却增压空气提高了空气流量1018。,冷却增压空气的方法：用水和空气在中间冷却器中进行间接冷却。被压缩的空气经中冷器后进入柴
24、油机，涡轮增压器所压缩的空气通过空气涡轮驱动轴流式风扇提供冷却空气。空气涡轮的叶片就装在风扇的边缘，（类似手电钻），使结构紧凑，称为轮缘空气涡轮风扇。冷却增压空气尽管是降低热负荷最合理的措施之一，但它只有在增压压力较高时(pk200 kPa)才适用。,1增压器；2取气管；3涡轮风扇4进气管；5中冷器；6进气歧管7发动机；8排气歧管,二、涡轮增压柴油机的性能：,总体上，增压柴油机具有升功率高、油耗较低、排污较少等优点。可是从车辆应用的角度，对增压柴油机在不同运行工况的整机性能还需要作进一步分析。(1)经济性改善 车用增压柴油机可以改善经济性，但在不同运行区不一样。非增压柴油机最大转矩点的平均有效
25、压力为p=800900 kPa，进一步提高p，将由于空气量不足而冒烟。而同一排量的增压柴油机在最大转矩点p=1 100l 300 kPa。增压使指示功率和有效功率都提高了(机械效率也提高了)如图。,增压与非增压内燃机经济性比较 实线一增压虚线一非增压(a)同一排量等油耗范围大,涡轮增压柴油机的性能,比较同一功率的增压与非增压内燃机：增压机排量小(缸数少或缸径小)，机械损失低，油耗低。这一特点，有利于中型、轻型载货汽车及经常处于中等或部分负荷运转的车辆。同样功率下，增压后可以减少排量，降低机械损失。所以油耗低，等油耗区大。如图。,高负荷的经济运行范围也扩大了；低负荷区，涡轮增压器的能量转换较差，
26、柴油机进、排气阻力及换气损失增加，此时增压没有好处。显然这一特点，有利于经常高速满载运行的长途重型载货汽车。,增压与非增压内燃机经济性比较 实线一增压虚线一非增压(b)同一功率等油耗范围大,增压可以在保持原有功率和较高转矩的情况下，适当降低内燃机转速，从而减少机械损失和磨损，不仅改善了整机的经济性(见图314)，而且使可靠性及使用寿命提高，维修费用降低。所以一般非增压机改增压机后，转速均有所降低，这时，车辆后桥传动比也应作相应改动。合理配合才能实现。,Pe相同n下降，ge下降,涡轮增压柴油机的性能,(2)降低排气污染和噪声 通常增压柴油机在较充足的过量空气中工作，有害气体的排放量一般为非增压机
27、的1/31/2，如果措施得当(例如采用高喷射率，并延迟喷射），NOx排放量也显著降低，尤其在采用增压中冷以后，对减少有害排放物更为有利（图）。,增压柴油机由于着火滞燃期缩短，压力升高率降低，可以使燃烧噪声减少。由于涡轮增压器的设置，进、排气噪声也有所减少。在稳定的高负荷工况，增压柴油机总的噪声级（取决于机械噪声水平）比非增压低（），在低负荷工况降低噪声的效果没有这么明显。,涡轮增压柴油机的性能,(3)低速转矩性能变差涡轮增压柴油机低速时发动机排出的废气能量低增压压力不高，循环供气量不足，转矩增量明显比高速时低。影响了车辆的加速性能及爬坡能力。,采用脉冲增压，充分利用低速时的脉冲能量，使增压器与
28、柴油机在较低转速下实现最佳配合，以及采用低速气门定时等，是可以改善其低速转矩的。如图所示。不过，增压后最大的转矩所对应的转速比非增压机型均有所增加，这对改善载货汽车的牵引性能是不利的。,(4)加速性能变差 由于废气涡轮增压器与内燃机没有机械联系，增压器自身的惯性使增压内燃机的加速性能差。在加速过程中增压压力上升缓慢，转速增加时间较长，烟度也会增加。为了防止加速时冒烟，需要加装增压压力未达到规定值时的限制供油量的装置，进一步延缓了加速过程。脉冲增压系统采用减少进、排气管容积，放气调节或可变喷嘴，减小气门重叠角等可以改善加速性能。另外，利用车辆上空气制动系统的高压空气向压气机工作轮进行喷射，可以起
29、到帮助增压器加速。,图317增压柴油机带负荷加速时各参数变化情况,(5)启动与制动有一定困难增压柴油机在启动瞬时的进气压力及温度均不高，再加上压缩比较低，造成着火与启动困难。由于增压会造成载重汽车缓速制动力不足。控制排气门的开闭可以提高制动力。,涡轮增压汽油机,汽油机增压更困难。因为容易爆燃，用得少。电控技术促成了汽油机增压的发展。一、汽油机涡轮增压的特点：1)、增压度较低。汽油机增压的增压度受限于爆燃和热负荷。为提高增压度可采用下述方法：a、适当改变燃烧室形状；b、降低压缩比；c、使用较高辛烷值汽油；d、采用中冷技术等。2)、汽油机压缩比较低(=69)，过量空气系数范围也较窄(=085105
30、)，燃料经济性较差。3)、汽油机进混合气，故不能用加大扫气量来冷却受热零件，所以增压后热负荷偏高。4)、汽油机由于压缩比低，气缸压力也低，燃烧后的膨胀做功（放热）不充分，所以汽油机排温较高，对废气涡轮的耐热强度就有更高要求。5)汽油机速度范围较宽，功率和废气能量差别也很大，涡轮增压器与汽油机的匹配较柴油机困难，对增压器的性能有更高的要求。,汽油机增压器的布置：,分为前置方案、后置方案及混合布置方案。由于增压器布置方案不同，其工作特点和技术要求就有明显差别。,a）前置方案,(1)增压器前置方案：如图(a)增压器布置在化油器之前。优点：1)化油器安装位置不变，化油器喉管流通截面也不用改变，混合气流
31、程短，原发动机易改装。2)汽油机回火时，不易损坏压气机叶轮。3)向温度较高的压缩空气中喷入燃油，有助于燃油的雾化及均匀混合，而燃油的汽化又对混合气起冷却作用。4)增压器发生故障而不能运转时，容易与汽油机脱开，恢复原机运行。,汽油机增压器的布置,缺点：1)化油器处在增压压力状态下工作，必须严格密封否则会向外泄漏燃油。2)化油器的供油量对空气密度的变化不敏感，因此，在低增压时混合气过浓，而在高增压时，混合气又过稀。混合气很难随工况变化而加以调整。3)供油系统比较复杂，汽油泵的供油压力必须随增压压力提高而增加，供油量才能适应增压的要求。,(2)增压器后置方案：如图(b)增压器布置在化油器之后。,(b
32、)后置方案,汽油机增压器的布置,优点：1)化油器处于环境压力及温度下工作，因此可能采用通常的泵油系统。2)混合气经过压气机搅动，雾化和混合更好。同时，进入压气机的?昆合气进一步汽化吸热，使混合气温度下降，从而减少了压气机的耗功。3)化油器供油特性易于满足增压要求，但由于通过化油器的空气容积流量增大，化油器喉管截面应加大，主供油系的量孔尺寸也应随之加大。4)化油器的调整工作比较简单。缺点：1)汽油机回火时，容易损坏压气机叶轮。2)燃油中的重馏分在汽油机低负荷时，将沉积在扩压器壁上，在增压压力作用下有可能外泄，容易着火；同时，汽油机转速增加时，又将卷入汽缸使混合气过浓不能正常工作。此外，当进气管真
33、空度较大时，容易把增压器中的润滑油吸出来并卷入汽缸。3)混合气经过的路线长，从化油器到汽油机进气门的管道容积大，使汽油机的怠速性、加速性和启动性变坏。,汽油机增压器的布置,(3)混合布置方案 该方案是把化油器主供油系放在压气机的进口处，而将节气门以下部分置于压气机的后端，把怠速及加速燃油各用一根油管引到节气门之后。该方案具有增压器后置方案的全部优点，同时又克服了后置方案中节气门开度较小时，压气机窜机油的缺点，并改善了怠速性、加速性和启动性。在直接喷射式汽油机上增压时，一般燃油在增压器之后喷入，也有的在压气机前喷人一小部分燃油，经过压气机改善了雾化，并降低了压气机出口温度，增加了汽油机的充气系数
34、，但这种布置方式结构更为复杂。,二、汽油机涡轮增压的主要技术措施,(1)降低压缩比 汽油机增压由于受爆燃的限制，必须降低压缩比，使用高辛烷值燃料，采用中间冷却混合气和向汽缸喷水等技术措施。试验数据表明，在使用辛烷值为90的汽油时，汽油机的压缩比从86降到70，废气涡轮增压后的最大功率可增加4050。若使用辛烷值为100的汽油，压缩比可保持不变，而功率可增加一倍左右。在燃料辛烷值保持不变时，增压后的许用压缩比可用下式估算其近似值如何选定一个最佳的增压后的许用压缩比，首先要根据汽油机使用工况和匹配方案初步选定，再通过汽油机台架试验和汽车道路试验，从动力性、经济性，汽油机的机械负荷和热负荷以及增压器
35、的使用寿命等全面衡量后确定。,式中：0非增压时的许用压缩比；k增压后的许用压缩比。,二、汽油机涡轮增压的主要技术措施,(2)增压压力控制系统 汽油机运行转速范围比柴油机宽，从低速到高速进气流量变化范围大，涡轮增压器的特性很难完全满足各种工况的要求，可能出现低速时增压压力不足，高速时增压压力过高的情况。此外，汽油机过量空气系数范围窄、排温高，涡轮入口的废气可用能大，再加上为了避免爆震及限制热负荷，使汽油机允许的增压压力比柴油机要低。为此，必须对汽油机增压压力进行控制。(3)减小增压后的“反应滞后”现象增压后，当节气门突然开启时空气流量变化很大，涡轮机“反应滞后”，增压器供气往往跟不上，“反应滞后
36、”现象比增压柴油机更为严重。为此可采用脉冲涡轮增压系统、增压器前置方案、带旁通阀的控制系统、减小进排气管长度及容积、提高压缩比及可变点火正时等措施，减小“反应滞后”现象。,(4)燃料供给系统的调整 1)化油器 在增压器后置方案中，增压后通过化油器喉管处的空气量增加因此化油器的喉管流通截面积也应增加，增加的幅度应与增压后汽油机功率增长的幅度一致。在增压器前置方案中，化油器喉管处的空气流量不变：燃油供给量不能随空气密度的增加而自动补偿，造成了高速高增压时混合气过稀，而低速时混合气过浓。为此，有的增压汽油机采用增压压力操纵电磁阀开关，在增压压力较高时，打开辅助喷嘴，喷入燃油加浓混合气；当增压压力很小
37、时，电磁阀把辅助喷嘴关闭。电控直接喷射可消除化油器供油的一系列缺点，使增压汽油机的动力性和经济性进一步提高。2)汽油泵增压汽油机要求汽油泵供油压力随增压压力的变化而自动调节。两种方法：一种是在原汽油泵膜片下增设一个与增压空气相连通的压力室即可。这种汽油泵工作可靠、结构简单，但使用中必须注意密封衬套的润滑；另一种是由电动油泵和燃油压力调节阀联合工作满足增压所需的供油压力和供油量，这种供油系统工作可靠，但结构复杂。,燃料供给系统的调整,(5)点火提前角的调整 汽油机增压后，由于压缩比、混合气成分、混合气压力和温度等均有变化，因此，对点火正时有不同要求，必须进行调整。增压汽油机不带中冷器时，爆燃倾向
38、上升，必须减小点火提前角或采取其他消除爆燃的措施。汽油机在满负荷工况时，爆燃容易在高转速出现，故应采用电子控制装置减小点火提前角。（推迟的幅度在420CA）汽油机满负荷工作时，增压压力将随转速而升高，在采用放气阀控制时，增压压力达到预定值后虽不再随转速而上升，但由于增压器效率下降，使增压空气的温度随转速而升高。电控装置由爆燃传感器、电子控制装置和电子点火装置等组成。它能使点火提前角始终处于接近爆燃的有利值，使汽油机的动力性和经济性都得到提高。此外，增压汽油机如果降低压缩比，使用抗爆剂或较高辛烷值的燃料时，则应适当增大点火提前角。增压汽油机应选用冷型火花塞并适当缩小火花塞的间隙。此外，对汽油机和
39、增压器的润滑，机油散热器、中冷器、汽油机冷却系的强化及防止增压器喘振等都应给予充分考虑。,3.5、涡轮增压器及其调节一、涡轮增压器 废气涡轮增压器是利用内燃机排出的部分废气能量，推动单级轴流式(或径流式)涡轮机高速旋转，从而带动安装在同一根轴上的离心式压气机，增大内燃机进气压力的工作机械。按废气在涡轮机中不同的流动方向，可分为径流式废气涡轮增压器与轴流式废气涡轮增压器两类。车用内燃机多采用径流式废气涡轮增压器，而大中功率的内燃机则应用轴流式废气涡轮增压器。如图所示，废气涡轮增压器由离心式压气机(包括压气机叶轮12、压气机蜗壳1等)、径流式涡轮(包括涡轮叶轮5、涡轮蜗壳2等)和中间体3三个主要部分，以及支承装置、密封装置、冷却系统和润滑系统等组成。,二、涡轮增压器的调节 涡轮增压器调节的目的是为了保证发动机在低速时具有较高的增压压力和较高的转矩；同时发动机在高速时增压压力又不致过高，防止发动机热负荷过高和涡轮增压器超速。涡轮增压器的调节可改善发动机和涡轮增压器的匹配，从而改善车用增,
