常见的增压器类型有哪些？

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：机械增压器直接由曲轴通过增速齿轮进行驱动，因而在低速状态其增压压力能缓慢上升，比涡轮增压器低速状态下的增压响应性更良好。这表示机械增压器比涡轮增压器具有更大的转矩输出和更为良好的响应特性。气波式增压器气波增压器是把高压的排放废气能量传递到低压新气，以提高新气压力的类型，又称为压力波增压器。图7-36 涡轮增压器②动压涡轮式。此外，开发双涡流涡轮增压器，以降低排气干涉，提高发动机低速领域的增压压力。

增压的种类有利用进气/排气系统内压力波的动态增压、以机械力进行增压的机械增压和利用排放废气能量的涡轮增压。关于动态增压已经在7.1.5节中进行了叙述，在本节中主要对机械增压和涡轮增压进行叙述。

1.机械增压器

机械增压器是利用发动机的动力直接驱动压缩机的方式，主要使用在汽油机上，很少在柴油机上使用。

此类型把压缩机产生的增压压力通过旁通阀进行调整，以决定提供给气缸的进气量。没有进入气缸的剩余压缩空气通过旁通阀返回到进气系统。旁通阀由发动机控制模块（ECU）控制。

机械增压器直接由曲轴通过增速齿轮（1.4～2.0倍）进行驱动，因而在低速状态其增压压力能缓慢上升，比涡轮增压器低速状态下的增压响应性更良好。比如没有涡轮迟滞的现象。这表示机械增压器比涡轮增压器具有更大的转矩输出和更为良好的响应特性。如果能利用可变速度传动比装置，随负荷变化的响应性会更加迅速。但是，因压缩机的驱动力（乘用车为10～15kW）要消耗发动机的部分输出功率，会降低发动机的输出功率，另外因比涡轮增压器体积大，因此存在装配性不良等很多缺点。

（1）罗茨式鼓风机型罗茨增压器如图7-35a所示。此类型为把壳体内的两个转子向相反方向旋转压缩空气的装置。转子与壳体壁之间有0.3～0.5mm的间隙，其转速为发动机的1.4～2.0倍。此类型可作为二冲程发动机的压缩机（扫气泵）。

图7-35 机械驱动式增压器

（2）离心式增压器离心式增压器是把在圆盘上安装直线或曲线模样叶片的叶轮在蜗壳内旋转，把从叶轮中央轴向进入的空气通过离心力朝向叶轮半径方向甩出的鼓风机。离心式增压器具有小型轻量和效率较高的优点。

（3）气波式增压器气波增压器是把高压的排放废气能量传递到低压新气，以提高新气压力的类型，又称为压力波增压器。此类型可以看成为机械增压器和涡轮增压器结合的类型，如图7-35c所示。

此类型由新气和废气排放壳体端口、叶轮（浆轮）、通气壳和驱动带组成。叶轮由多个圆盘以半径方向设置，两侧处于打开状态。

工作原理：当曲轴旋转时，通过驱动带带动叶轮旋转，在通气壳内高压废气碰撞低压新气（混合气），以提高新气的压力，且自身压力下降排出。与此相反，低压新气的压力增大，成为高压新气，即获得增压效果后进入气缸。此时，在新气中混合5%～10%的废气，但这并不重要。

气波增压器的特征是，没有任何机械性要素，在进气与排放的废气之间直接进行能量交换。能量交换以音速进行。因叶轮直接与曲轴连接，所以与机械增压器相同没有像涡轮迟滞等现象，随负荷变化的响应速度也较快。如果带轮的传动比不变，能量交换在输出功率曲线的某一点上会达到最大，但如果利用可变传动比带轮，相对在较宽的运行条件范围内可以有效地进行调节。目前传动比为3.5～5，发动机的输出功率提高1%～1.5%，作为小动力机械效率较好。

但是，此类型制造费用较高，体积和重量也大，在发动机室中装配受到空间的限制，产生的噪声又大，且燃料效率低于涡轮增压器，以及热负荷较大。因此，在汽油机上多采用罗茨式和离心式，部分采用气波式。

2.涡轮增压器

涡轮增压器是在轴的两端分别安装有涡轮和压缩机，利用排放的废气通过涡轮驱动压缩机旋转，以压缩空气（或混合气）并向气缸内提供增压空气的装置。关于涡轮增压器装置和工作方法已在6.2.2节叙述过，在本章节不再赘述。

（1）涡轮增压器的驱动方法涡轮增压器根据排放废气驱动涡轮方式的不同分为恒压涡轮式和动压涡轮式两种。但目前在汽车上配备的涡轮增压器不能明确区分是恒压式，还是动压式。

①恒压涡轮式。如图7-36a所示，恒压涡轮式把从各气缸排放的废气汇集到共用废气接收室中，将各个气缸排放的废气流脉冲平均化，在一定的压力下通过喷嘴转换为速度能，膨胀做功获得涡轮驱动功的方式。此类发动机具有在高速状态下也能保持一定的压力、以较高的废气排放速度驱动涡轮旋转且排气系统的压力脉动较小的优点，但因排气系统中需要共用废气接收室，排气压力较高，因此会降低发动机的输出功率。此类型多使用在大型船舶、发电机用发动机上。

图7-36 涡轮增压器

②动压涡轮式。动压涡轮式又称为冲压涡轮式，是把脉冲状态排放废气直接引导到涡轮，利用排放废气的全部能量驱动涡轮的方式。此类型虽然因高温废气直接接触涡轮，对涡轮不利，但因不需共用废气接收室，排气压力小，所以对发动机的输出功率没有影响。

目前，涡轮增压器在高速、高负荷状态因增压压力增加需要较大的增压器驱动力，因而能在恒压涡轮方式且压力比较小的状态下在动压涡轮方式运转。

（2）涡轮增压汽油机和柴油机的比较涡轮增压汽油机因对进气增压，使气缸内的压力增大，温度提高，容易导致爆燃，因而与传统发动机相比压缩比小。通常，发动机的最大输出功率根据爆燃发生界限来决定的。燃料消耗率在低负荷领域因进气、排气阻力损失的增加会恶化，此外在高负荷领域为了防止因燃烧气体温度的上升而导致的爆燃发生，以及为了抑制发动机各部分的温度上升，以浓混合气运行，因而燃料消耗率会增加。

从涡轮增压汽油机的技术动向来看，因它具有排放废气的温度上升趋势，需要1000℃以上耐热性，以及为了催化转化器尽快达到活性化温度，需要涡轮壳体的低热容量化等技术。另外，为了降低惯性力矩，可用陶瓷或钛铝合金制造涡轮叶片，以提高过渡响应性。此外，开发双涡流涡轮增压器，以降低排气干涉，提高发动机低速领域的增压压力。双涡流涡轮是以点火顺序不是连续的气缸为共用排气系统，向被隔断分开的蜗壳引入排放废气的系统。

涡轮增压柴油机虽然通过增压使工质气体的压力和温度上升，但不像汽油机那样为了预防爆燃而降低压缩比，也不会为了降低燃烧温度而使用浓混合气导致燃料消耗率恶化等，因此发动机的最大输出功率限制不是因为燃烧因素，而是主要受到耐热性、机械性强度等限制因素的影响。因此，如果能提高发动机的耐热、耐压强度，即可以提高增压压力，从而提高比功率。在低负荷领域，增压柴油机同样因进气、排气阻力损失的增加，使燃料消耗率会增大；在高负荷领域，因气缸内燃烧压力上升带来的各部件耐久性问题，对最大压力p_max需要采取相应的对策。

图7-37 增压发动机和无增压发动机的输出功率比较

涡轮增压柴油机的输出功率和燃料消耗率的改善，缘于通过增压增加进气压力，进而增加平均有效压力，以及通过发动机的小型化降低摩擦损失，因此涡轮增压对小型发动机的高增压化是很有效的。如果以增加排气量或增大转速的方法提高输出功率，会恶化燃料消耗率。与无增压式发动机相比，增压式发动机通过对进气的增压提高输出功率，如图7-37所示。

常见的增压器类型有哪些？

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