第九章发动机增压 教学提要 目的与要求：1.了解发动机增压的意义 2。掌握机械增压组成部件的结构特点 3.掌握涡轮增压组成部件的结构特点 内容：1.概述 2.机械增压 3.涡轮增压 方法：1.以课堂讲授为主，结合参观、拆装实习和作业练 习，掌握所学知识。 2.应采用理论与实践（拆装）相结合的教学方法，在 学习中要结合基本原理学习构造，通过拆装、观 察分析结构特点，加深理解基本原理和工作过程。 时间：4学时 地，点：多媒体专业教室 器材保障：机械增压组成部件实物教具 涡轮增压组成部件实物教具
1 第九章 发动机增压 教学提要 目的与要求：1．了解发动机增压的意义 2．掌握机械增压组成部件的结构特点 3. 掌握涡轮增压组成部件的结构特点 内容：1．概述 2．机械增压 3．涡轮增压 方法：1.以课堂讲授为主，结合参观、拆装实习和作业练 习，掌握所学知识。 2.应采用理论与实践(拆装)相结合的教学方法，在 学习中要结合基本原理学习构造，通过拆装、观 察分析结构特点，加深理解基本原理和工作过程。 时间：4 学时 地点：多媒体专业教室 器材保障：机械增压组成部件实物教具 涡轮增压组成部件实物教具
教学进程 散学环节设计 增压就是将空气预先压缩然后再供入气缸， 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 可以增加发动机功率。同时，增压还可以改善燃 油经济性。实践证明，在小型汽车发动机上采用 涡轮增压或机械增压，当汽车以正常的经济车速 行驶时，不仅可以获得相当好的燃油经济性，而 且还由于发动机功率增加，可以得到驾驶人所期 望的良好的加速性。 第一节概述 配套课件 konr09_01_01.htm- 增压有涡轮增压、机械增压和气波增压等 kcnr09_01_02.htm 种基本类型。实现空气增压的装置称为增压器。 各种增压类型所用的增压器分别称为涡轮增压 器、机械增压器和气波增压器。 机械增压器由发动机曲轴经齿轮增速器驱 动，或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带及电磁 离合器驱动。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。 外，机械增压器与发动机容易匹配，结构也比较
2 教 学 进 程 教学环节设计 增压就是将空气预先压缩然后再供入气缸， 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 可以增加发动机功率。同时，增压还可以改善燃 油经济性。实践证明，在小型汽车发动机上采用 涡轮增压或机械增压，当汽车以正常的经济车速 行驶时，不仅可以获得相当好的燃油经济性，而 且还由于发动机功率增加，可以得到驾驶人所期 望的良好的加速性。 第一节 概述 增压有涡轮增压、机械增压和气波增压等三 种基本类型。实现空气增压的装置称为增压器。 各种增压类型所用的增压器分别称为涡轮增压 器、机械增压器和气波增压器。 机械增压器由发动机曲轴经齿轮增速器驱 动，或由曲轴齿形传动带轮经齿形传动带及电磁 离合器驱动。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 配套课件： kcnr09_01_01.htm- kcnr09_01_02.htm
紧凑。但是，由于驱动增压器需消耗发动机功率 因此燃油消耗率比非增压发动机略高。 涡轮增压器由涡轮机和压气机构成。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。涡轮增压也称排气涡轮增压，涡轮增压 器与发动机没有机械的联系。涡轮增压的优点是 经济性比机械增压和非增压发动机都好，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 特别是低速加速性较差。 气波增压器中有一个特殊形状的转子，由发 动机曲轴带轮经传动带驱动。在转子中发动机排 出的废气直接与空气接触，利用排气压力波使空 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，噪声高，安装位置受到 定的限制。目前，这种增压器还只能在低速范围
3 紧凑。但是，由于驱动增压器需消耗发动机功率， 因此燃油消耗率比非增压发动机略高。 涡轮增压器由涡轮机和压气机构成。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。涡轮增压也称排气涡轮增压，涡轮增压 器与发动机没有机械的联系。涡轮增压的优点是 经济性比机械增压和非增压发动机都好，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， 特别是低速加速性较差。 气波增压器中有一个特殊形状的转子，由发 动机曲轴带轮经传动带驱动。在转子中发动机排 出的废气直接与空气接触，利用排气压力波使空 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。 第二节机械增压 配喜课件， 0 一、机械增压系统 kcnr0902.htm 电控汽油喷射式发动机上所采用的一种机 械增压系统示意图。图中机械增压器6为罗茨式 压气机，由曲轴带轮12经传动带和电磁离合器 带轮11驱动增压器6工作。空气经增压器增压 后再经中冷器7降温，然后进入气缸。当发动机 在小负荷下运转时不需要增压，这时电控单元 (ECU17根据节气门位置传感器3的信号，使电 磁离合器断电，增压器停止工作。与此同时，电 控单元向进气旁通阀5通电使其开启，空气经旁 通阀及旁通管道进入气缸。爆燃传感器9安装在 发动机机体上，它将发动机发生爆燃的信号传输 给电控单元，电控单元则发出相应的指令减小点 火提前角，以消除爆燃。 二、机械增压器 在机械增压器当中，罗茨式压气机最广为人 知。它由转子、转子轴、传动齿轮、壳体、后盖
4 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。 第二节 机械增压 一、机械增压系统 电控汽油喷射式发动机上所采用的一种机 械增压系统示意图。图中机械增压器 6 为罗茨式 压气机，由曲轴带轮 12 经传动带和电磁离合器 带轮 11 驱动增压器 6 工作。空气经增压器增压 后再经中冷器 7 降温，然后进入气缸。当发动机 在小负荷下运转时不需要增压，这时电控单元 (ECU)17 根据节气门位置传感器 3 的信号，使电 磁离合器断电，增压器停止工作。与此同时，电 控单元向进气旁通阀 5 通电使其开启，空气经旁 通阀及旁通管道进入气缸。爆燃传感器 9 安装在 发动机机体上，它将发动机发生爆燃的信号传输 给电控单元，电控单元则发出相应的指令减小点 火提前角，以消除爆燃。 二、机械增压器 在机械增压器当中，罗茨式压气机最广为人 知。它由转子、转子轴、传动齿轮、壳体、后盖 配套课件： kcnr09_02_01.htm- kcnr09_02_05.htm
和齿轮室罩等构成。在压气机前端装有电磁离合 器及电磁离合器带轮。在罗茨式压气机中有两个 转子。发动机曲轴带轮经传动带、电磁离合器带 轮和电磁离合器驱动其中的一个转子，而另一个 转子则由传动齿轮带动与第一个转子同步旋转。 转子的前后端支承在滚子轴承上，滚子轴承和传 动齿轮用合成高速齿轮油润滑。在转子轴的前后 端装置油封，以防止润滑油漏入压气机壳体内。 罗茨式压气机的转子有两叶的，也有三叶 的。通常两叶转子为直线型，而三叶转子为螺旋 型。三叶螺旋型转子有较低的工作噪声和较好的 增压器特性。在相互啮合的转子之间以及转子与 壳体之间都有很小的间隙，并在转子表面涂敷树 脂，以保持转子之间以及转子与壳体间较好的气 密性。转子用铝合金制造」 罗茨式压气机的工作原理。当转子旋转时， 空气从压气机入口吸入，在转子叶片的推动下空 气被加速，然后从压气机出口压出。出口与进 的压力比可达1.8。罗茨式压气机结构简单、工 作可靠、寿命长，供气量与转速成正比
5 和齿轮室罩等构成。在压气机前端装有电磁离合 器及电磁离合器带轮。在罗茨式压气机中有两个 转子。发动机曲轴带轮经传动带、电磁离合器带 轮和电磁离合器驱动其中的一个转子，而另一个 转子则由传动齿轮带动与第一个转子同步旋转。 转子的前后端支承在滚子轴承上，滚子轴承和传 动齿轮用合成高速齿轮油润滑。在转子轴的前后 端装置油封，以防止润滑油漏入压气机壳体内。 罗茨式压气机的转子有两叶的，也有三叶 的。通常两叶转子为直线型，而三叶转子为螺旋 型。三叶螺旋型转子有较低的工作噪声和较好的 增压器特性。在相互啮合的转子之间以及转子与 壳体之间都有很小的间隙，并在转子表面涂敷树 脂，以保持转子之间以及转子与壳体间较好的气 密性。转子用铝合金制造。 罗茨式压气机的工作原理。当转子旋转时， 空气从压气机入口吸入，在转子叶片的推动下空 气被加速，然后从压气机出口压出。出口与进口 的压力比可达 1.8。罗茨式压气机结构简单、工 作可靠、寿命长，供气量与转速成正比
三、电磁离合器 结合实物教具讲解 电磁离合器安装在传动带轮中。电控单元根 据发动机工况的需要，发出接通或切断电磁离合 器电源的指令，以控制增压器的工作。当接通电 源时，电磁线圈通电，主动板吸引从动摩擦片， 使离合器处于接合状态，增压器工作。当切断电 源时，电磁线圈断电，主动板与从动摩擦片分开 增压器停止转动。 第三节涡轮增压 配著课件 kcnr09_03_01.htm- konr09_03_09.htm 一、涡轮增压系统 1.单涡轮增压 涡轮增压系统分为单涡轮增压系统和双涡 轮增压系统。只有一个涡轮增压器的增压系统为 单涡轮增压系统。涡轮增压系统除涡轮增压器之 外，还包括进气旁通阀、排气旁通阀和排气旁通 阀控制装置等。 2.双涡轮增压 六缸汽油喷射式发动机的双涡轮增压系统。 其中两个涡轮增压器并列布置在排气管中，按气
6 三、电磁离合器 电磁离合器安装在传动带轮中。电控单元根 据发动机工况的需要，发出接通或切断电磁离合 器电源的指令，以控制增压器的工作。当接通电 源时，电磁线圈通电，主动板吸引从动摩擦片， 使离合器处于接合状态，增压器工作。当切断电 源时，电磁线圈断电，主动板与从动摩擦片分开， 增压器停止转动。 第三节 涡轮增压 一、涡轮增压系统 1. 单涡轮增压 涡轮增压系统分为单涡轮增压系统和双涡 轮增压系统。只有一个涡轮增压器的增压系统为 单涡轮增压系统。涡轮增压系统除涡轮增压器之 外，还包括进气旁通阀、排气旁通阀和排气旁通 阀控制装置等。 2. 双涡轮增压 六缸汽油喷射式发动机的双涡轮增压系统。 其中两个涡轮增压器并列布置在排气管中，按气 结合实物教具讲解 配套课件： kcnr09_03_01.htm- kcnr09_03_09.htm
缸工作顺序把1、2、3缸作为一组，4、5、6缸 作为另一组，每组三个气缸的排气驱动一个涡轮 增压器。因为三个气缸的排气间隔相等，所以增 压器转动平稳。另外，把三个气缸分成一组还可 防止各缸之间的排气干扰。此系统除包括涡轮增 压器、进气旁通阀、排气旁通阀及排气旁通阀控 制装置之外，还有中冷器、谐振室和增压压力传 感器等。 二、涡轮增压器的结构及工作原理 车用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。增压器轴通过两个 浮动轴承支承在中间体内。中间体内有润滑和冷 却轴承的油道，还有防止机油漏入压气机或涡轮 机中的密封装置等。 1.离心式压气机 离心式压气机由进气道、压气机叶轮、无叶 式扩压管及压气机蜗壳等组成。叶轮包括叶片和 轮毂，并由增压器轴带动旋转。当压气机旋转时 空气经进气道进入压气机叶轮，并在离心力的作 用下沿着压气机叶片之间形成的流道，从叶轮中
7 缸工作顺序把 1、2、3 缸作为一组，4、5、6 缸 作为另一组，每组三个气缸的排气驱动一个涡轮 增压器。因为三个气缸的排气间隔相等，所以增 压器转动平稳。另外，把三个气缸分成一组还可 防止各缸之间的排气干扰。此系统除包括涡轮增 压器、进气旁通阀、排气旁通阀及排气旁通阀控 制装置之外，还有中冷器、谐振室和增压压力传 感器等。 二、 涡轮增压器的结构及工作原理 车用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。增压器轴通过两个 浮动轴承支承在中间体内。中间体内有润滑和冷 却轴承的油道，还有防止机油漏入压气机或涡轮 机中的密封装置等。 1.离心式压气机 离心式压气机由进气道、压气机叶轮、无叶 式扩压管及压气机蜗壳等组成。叶轮包括叶片和 轮毂，并由增压器轴带动旋转。当压气机旋转时， 空气经进气道进入压气机叶轮，并在离心力的作 用下沿着压气机叶片之间形成的流道，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增高，然 后进入叶片式扩压管。扩压管为渐扩形流道，空 气流过扩压管时减速增压，温度也有所升高。即 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式两种。无叶式扩压 管实际上是由蜗壳和中间体侧壁所形成的环形 空间。无叶式扩压管构造简单，工况变化对压气 机效率的影响很小，适于车用增压器。叶片式扩 压管是由相邻叶片构成的流道，其扩压比大，效 率高，但结构复杂，工况变化对压气机效率有较 大的影响。蜗壳的作用是收集从扩压管流出的空 气，并将其引向压气机出口。空气在蜗壳中继续 减速增压，完成其由动能向压力能转变的过程。 压气机叶轮由铝合金精密铸造，蜗壳也用铝合金 铸造。 2.径流式涡轮机 涡轮机是将发动机排气的能量转变为机械 功的装置。径流式涡轮机由蜗壳、喷管、叶轮和
8 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增高，然 后进入叶片式扩压管。扩压管为渐扩形流道，空 气流过扩压管时减速增压，温度也有所升高。即 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式两种。无叶式扩压 管实际上是由蜗壳和中间体侧壁所形成的环形 空间。无叶式扩压管构造简单，工况变化对压气 机效率的影响很小，适于车用增压器。叶片式扩 压管是由相邻叶片构成的流道，其扩压比大，效 率高，但结构复杂，工况变化对压气机效率有较 大的影响。蜗壳的作用是收集从扩压管流出的空 气，并将其引向压气机出口。空气在蜗壳中继续 减速增压，完成其由动能向压力能转变的过程。 压气机叶轮由铝合金精密铸造，蜗壳也用铝合金 铸造。 2.径流式涡轮机 涡轮机是将发动机排气的能量转变为机械 功的装置。径流式涡轮机由蜗壳、喷管、叶轮和
出气道等组成。蜗壳4的进口与发动机排气管相 连，发动机排气经蜗壳引导进入叶片式喷管。喷 管是由相邻叶片构成的渐缩形流道。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。由喷管流出的高速气流冲击叶轮， 并在叶片所形成的流道中继续膨胀作功，推动叶 轮旋转。涡轮机叶轮经常在900℃高温的排气冲 击下工作，并承受巨大的离心力作用，所以采用 镍基耐热合金钢或陶瓷材料制造。用质量轻并且 耐热的陶瓷材料可使涡轮机叶轮的质量大约减 小2/3，涡轮增压加速滞后的问题也在很大程度 上得到改善。喷管叶片用耐热和抗腐蚀的合金钢 铸造或机械加工成形。蜗壳用耐热合金铸铁铸 造，内表面应该光洁，以减少气体流动损失。 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，构成涡轮增压器转子。转子以 超过100000rmin,最高可达200000r/min的转速 旋转，因此，转子的平衡是非常重要的。增压器 轴在工作中承受弯曲和扭转交变应力，一般用韧 9
9 出气道等组成。蜗壳 4 的进口与发动机排气管相 连，发动机排气经蜗壳引导进入叶片式喷管。喷 管是由相邻叶片构成的渐缩形流道。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。由喷管流出的高速气流冲击叶轮， 并在叶片所形成的流道中继续膨胀作功，推动叶 轮旋转。涡轮机叶轮经常在 900℃高温的排气冲 击下工作，并承受巨大的离心力作用，所以采用 镍基耐热合金钢或陶瓷材料制造。用质量轻并且 耐热的陶瓷材料可使涡轮机叶轮的质量大约减 小 2/3，涡轮增压加速滞后的问题也在很大程度 上得到改善。喷管叶片用耐热和抗腐蚀的合金钢 铸造或机械加工成形。蜗壳用耐热合金铸铁铸 造，内表面应该光洁，以减少气体流动损失。 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，构成涡轮增压器转子。转子以 超过 100000r/min，最高可达 200000r/min 的转速 旋转，因此，转子的平衡是非常重要的。增压器 轴在工作中承受弯曲和扭转交变应力，一般用韧
性好、强度高的合金钢40Cr或18 CrNiWA制造 4.增压器轴承 增压器轴承的结构是车用涡轮增压器可靠 性的关键之一。现代车用涡轮增压器都采用浮动 轴承。浮动轴承实际上是套在轴上的圆环。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。一般内层间隙 为0.05mm左右，外层间隙大约为0.1mm。轴承 壁厚约3~4.5mm,用锡铅青铜合金制造，轴承 表面镀一层厚度约为0.005~0.008mm的铅锡合 金或金属铟。在增压器工作时，轴承在轴与轴承 座中间转动。 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。为了减少摩擦，在整体 式推力轴承两端的止推面上各加工有四个布油 槽：在轴承上还加工有进油孔，以保证止推面的 润滑和冷却。 三、增压压力的调节 在汽车涡轮增压系统中设置进、排气旁通 阀，是调节增压压力最简单、成本最低而又十分 6
10 性好、强度高的合金钢 40Cr 或 18CrNiWA 制造。 4.增压器轴承 增压器轴承的结构是车用涡轮增压器可靠 性的关键之一。现代车用涡轮增压器都采用浮动 轴承。浮动轴承实际上是套在轴上的圆环。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。一般内层间隙 为 0.05mm 左右，外层间隙大约为 0.1mm。轴承 壁厚约 3～4.5mm，用锡铅青铜合金制造，轴承 表面镀一层厚度约为 0.005～0.008mm 的铅锡合 金或金属铟。在增压器工作时，轴承在轴与轴承 座中间转动。 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。为了减少摩擦，在整体 式推力轴承两端的止推面上各加工有四个布油 槽；在轴承上还加工有进油孔，以保证止推面的 润滑和冷却。 三、增压压力的调节 在汽车涡轮增压系统中设置进、排气旁通 阀，是调节增压压力最简单、成本最低而又十分