第一节 内燃机增压的基本概念

　　一.增压的作用及增压方式　
　　内燃机增压的作用是将新鲜空气(或可燃混合气)在内燃机工作气缸外面事先进行压缩，提高进气压力以提高进入气缸内的空气(或可燃混合气)的密度，供更多的燃料进行燃烧，从而提高发动机的功率。 
　　大量实践表明，增压是提高发动机功率、改善经济性的有效方法，因此得到了广泛的应用。 
　　用于内燃机增压将空气或可燃混合气压缩到一定压力的装置，称为压气机或增压器。空气被压后达到的压力称为增压压力，一般以Pk表示。按增压压力大小可将增压程度分为：低增压Pk＜0.14MPa，中增压Pk＝0.14～0.2MPa，高增压Pk＞0.2MPa。压气机一般是容积式或叶片式的，压气机由曲轴或废气祸轮驱动。 压气机、压气机的驱动装置以及用以冷却空气的冷却器等，构成了内燃机的增压系统。空气冷却器亦称为中间冷却器或中冷器。按驱动增压器的能量来源不同，增压系统基本可分为三类，如下图所示

      １.机械增压系统 
　　压气机由内燃机曲轴直接驱动(左上)，通常只用在Pk不超过0.16～0.17MPa的场合，否则压气机消耗的功率很大，使发动机的效率下降，导致发动机经济性降低。这种增压系统主要用在小型内燃机上，压气机可以来用容积式的如罗茨式压气机，也可以采用离心式的。对于四冲程发动机，采用驱动式离心式压气机，在二冲程机上应用最广的是罗茨型容积式压气机，亦称为扫气泵。 
　　2．废气涡轮增压系统
　　压气机K由内燃机废气驱动的涡轮机T带动(右上)，与发动机之间无任何传动机械联系。压气机与废气涡轮机组成废气涡轮增压器。在增压压力比较高时，压气机出口和内燃机进气管间装有中间冷却器，对空气进行冷却，以降低发动机的机械负荷和热负荷。由于增压器的运转不需消耗发动机所发出的有用功，经济性得以提高，因而这种增压系统在发动机上获得最广泛的应用。将普通自然吸气的柴油机经过简单的改装为涡轮增压，即可提高功率30～50％。目前单机功率从35kW到35000kw的现代柴油机上，大都采用废气涡轮增压。
　　七十年代以来，由于限制排放的要求，汽油机废气涡轮增压得到进一步的重视，因为增压有助于CH、CO的完全燃烧，有助于抑制N0X的形成。汽油机的废气涡轮增压器可放在化油器之前，也可放在化油器之后，目前比较倾向于采用将增压器放在化油器之后。
　　3．复合式增压系统 
　　本系统包括由发动机机械驱动的增压器和与发动机气体联接的废气涡轮增压器，并有两种基本型式。(左下)为第一级压气机由曲轴驱动，用以保证发动机在启动招低转速低负荷时仍有必要的扫气压力。第二级由废气涡轮机驱动。(右下)的涡轮增压器与曲轴连接，在发动机高转速高负荷下，废气涡轮功率过剩时，这种结构能把过剩功本输送给曲轴，而在低负荷低转速下即涡轮功率不足时，能从的轴上取得功率。如果达到了涡轮和压气机的功率相等，能量就不存在再分配的问题。

　　二.增压后发动机性能的变化
　　采用废气涡轮增压后发动机性能在以下各方面得到改善：
　　1.功率大大提高 
　　功率提高的程度视增压程度而定，可增加50～200％，甚至更高。发动机增压后的功率Neh与不增压时功率Ne之比值尺称为增压度。 
　　2.发动机机械效率提高
　　虽然增压后燃烧压力将提高，使各摩擦面上的摩擦损失增加，但发动机的功率增加的更多，因此机械效率得到提高。
　　3．经济性提高 
　　因为增压使进气压力提高，改善了扫气效果和燃烧条件，并且发动机的机械效率又有提高，因而使燃油消耗率显著降低。 
　　4．发动机单位功率重量大大降低 发动机增压后功率显著增加，而结构重量却增加很少。 
　　伴随着发动机增压出现的新问题主要是：
　　(1)机械负荷增加。因为进气压力的提高，使压缩压力和最高燃烧压力相应增大，导致零件的机械负荷增加，磨损加大，引起损杯。 
　　(2)热负荷增加。增压后工作循环温度大大提高，使零件工作温度升高，热负荷增加，材料的机械强度降低。 
　　在高的机械负荷、热负荷共同作用下，情况就更为严重，因此发动机增压后零件结构必须强化。

　　三、增压发动机的结构特点 
　　增压后发动机性能显著变化，机械负荷及热负荷大为提高，要求发动机结构也要相应地改变：
　　1．适当地减少压缩比。防止燃烧压力过大，以保证发动机工作可靠，延长使用期。但过低的压缩比将造成起动困难。
　　2．供油系统的变化。增压后由于进气量的增加，可燃烧更多的燃料，要求供油量增加，同时要求增大喷油压力，加大喷油器喷孔的直径。此外，增压后压缩压力和温度的增加，将使燃料着火落后期缩短，为防止最大燃烧压力过高，应减少供油提前角，但如供油提前角过小，会使燃烧恶化。
　　3．进、排气系统的变化。 增压后发动机气缸进气量增加，为减小进气阻力，应适当加大进气流通截面积；为了改善扫气效果，增加充气量，以降低热负荷，应增加气阀重叠角；有的增压系统还要求将排气管分支，以充分利用废气能量并改善扫气效果。此外，由于气阎机构零件的工作温度升高，变形加大，须相应加大气阀间隙，以保证配气机构正常工作。 
　　4．此外，增压发动机的润滑系统、冷却系统以及主要运动机件的结构强度都应适当的加强。