发动机进气增压系统解析

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：发动机一般采用自然进气，它利用活塞下移形成的真空度将空气吸入气缸。由于自然进气是比较被动的进气方式，进气效率不高，这影响发动机功率的发挥，为了提高发动机功率，进气增压系统应运而生。奥迪A6 3.OTFSI 发动机采用的机械增压器就属于改进型的罗茨增压器，它的2个转子上均有4个螺旋形叶片。2．涡轮增压系统涡轮增压系统的结构与原理涡轮增压器的驱动力来源于发动机排出的废气，增压器要在发动机达到一定转速后才工作。

发动机一般采用自然进气，它利用活塞下移形成的真空度将空气吸入气缸。由于自然进气是比较被动的进气方式，进气效率不高，这影响发动机功率的发挥，为了提高发动机功率，进气增压系统应运而生。常见的进气增压系统有机械增压（Super -eharger）系统和涡轮增压（Turboeharger）系统。

1．机械增压系统

（1）机械增压系统的结构与原理

机械增压器的驱动力来源于发动机曲轴，增压器与曲轴间用传动带连接，只要起动发动机，增压器就开始工作。机械增压器一般分为叶片式、罗茨式和温克尔式3种形式，其中罗茨增压器被广泛应用。依顿机械增压器是改进型罗茨增压器，它被广泛应用在瑞虎1.6s、奥迪A63.0TFSI、凯迪拉克CTS一V、路虎揽胜运动版等车上。

罗茨增压器的结构类似于容积泵，壳体内有2个转子，转子上有叶片，2个转子通过壳体外的齿轮同步驱动，传动比相同但方向相反。增压器工作时，叶片和壳体之间的空气（输送空气）从空气入口输送到空气出口，内部无压缩过程，输送空气因回流而增压。

奥迪A6 3.OTFSI 发动机采用的机械增压器就属于改进型的罗茨增压器，它的2个转子上均有4个螺旋形叶片。该车采用调节翻板控制单元来调节增压压力，翻板用螺栓固定在增压器内，将出气侧与进气侧连接起来，该翻板的作用等同于涡轮增压器的废气泄放阀，全负荷工况时，翻板关闭，空气经增压器和中冷器进入气缸；在部分负荷时，翻板打开，部分输送空气可以通过打开的旁通道被引回增压器的进气侧。

（2）机械增压系统的优缺点

机械增压器的优点是低速增压效果好，增压无迟滞，增压压力随发动机转速升高而增加，动力输出流畅，平均可以提升46%的功率和31% 的转矩，并且故障率低，成本低；缺点是高速增压效果不明显，噪音大，质量大，还会消耗发动机的部分功率。

2．涡轮增压系统

（1）涡轮增压系统的结构与原理

涡轮增压器的驱动力来源于发动机排出的废气，增压器要在发动机达到一定转速后才工作。工作时，发动机排出的废气推动涡轮高速旋转，带动同轴的叶轮也高速旋转，然后由叶轮将空气压缩并送入气缸。增压压力过高时，废气泄放阀打开，让部分废气不经过叶轮而直接排出，适当地控制了增压压力。装备涡轮增压器的汽车十分常见，如帕萨特1.8T、迈腾l.4T、一汽一大众C C、奥迪A6 2.OT 等车。对于传统的涡轮增压器，当发动机转速较低时，产生的废气不足以推动涡轮旋转，就会出现涡轮迟滞现象。为了解决这个问题，让发动机在高速和低速下都能获得充足的进气量，在传统涡轮增压器的基础上又出现了可变截面涡轮增压器（V G T），其在东风本田CRV、沃尔沃C30、雪铁龙C5等车上有所应用。VGT 技术的核心部分就是可调涡流截面的导流叶片，涡轮的外侧增加了一环可由电子系统控制角度的导流叶片，导流叶片的相对位置是固定的，但是叶片角度可以调整，在系统工作时，废气会顺着导流叶片送至涡轮叶片上，通过调整叶片角度，控制流过涡轮叶片的气体的流量和流速，从而控制涡轮的转速。当发动机低转速排气压力较低的时候，导流叶片打开的角度较小，根据流体力学原理，此时导入涡轮处的空气流速就会加快，增大涡轮处的压强，从而可以更容易推动涡轮转动，有效减轻涡轮迟滞现象。随着发动机转速的提升，排气压力增加，导流叶片会逐渐增大打开的角度，在全负荷状态下，导流叶片则保持全开的状态，减小了排气背压，此时和传统涡轮增压器的增压效果一样。此外，由于改变导流叶片角度能够对涡轮的转速进行有效控制，这也就实现对涡轮的过载保护，因此使用了VGT技术的涡轮增压器都不需要设置废气泄放阀。

（2）涡轮增压系统的优缺点

涡轮增压器与发动机只有气体管路连接而无机械传动，因此不会消耗发动机功率；涡轮增压器回收了部分能量，因此增加了发动机的经济性；采用涡轮增压器可轻松提升20%～50% 的功率。虽然可变截面涡轮增压器解决了传统涡轮增压器涡轮迟滞的缺点，但其成本较高。

3．其他增压系统

除了常见的机械增压器和涡轮增压器，在有些车辆上还使用了复合增压器、双涡轮增压器、电辅助涡轮增压器等。复合增压器是将涡轮增压器和机械增压器串联或并联；双涡轮增压器是将2组涡轮增压器串联或并联；电辅助涡轮增压器是在涡轮增压器的中轴上安装电动机/发电机装置。

发动机进气增压系统解析

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