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第八章 汽车发动机增压
第一节 概述
一、增压的目的
是通过将空气预先压缩后供入气缸，以期提高空气密
度、增加进气质量，相应地增加循环供油量，从而可以增
加发动机功率。
二、增压的基本类型
涡轮增压、机械增压、气波增压三种，对应的增压器
称涡轮增压器、机械增压器、气波增压器。
1、机械增压
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。
机械增压能有效提高发动机功率，与涡轮增压相比，
其低速增压效果更好。由于机械增压器与发动机直接机械
联系，因此，其变工况的瞬态响应性好，加速性好，尤其
是低速时加速性好。但发动机驱动机械增压器要消耗输出
功率，因此发动机的燃油经济性较差。一般适用于小型汽
油机或与涡轮增压器复合使用。
2、涡轮增压
主要由涡轮机和压气机构成
将发动机发出的废气引入涡轮机，废气的能量推动
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。
涡轮增压的最大优点是燃油经济性好，并可大幅度
降低有害气体的排放和噪声水平。缺点是低速时排气
能量低，增压效果差，低速加速性能较差。
3、气波增压
特殊形状的转子，
由发动机曲轴带轮
经传动带驱动。
发动机排出的废气
直接与空气接触，
利用空气压力波使
空气受到压缩，提
高进气压力。
三、复合增压系统
1、串联式复合增压系统：空气先经过涡轮增压器提高压
力后，进入中间冷却器降温，再经机械增压器增压。这种
增压方式主要用于高增压发动机上。
2、并联式复合增压系统：由机械增压器和涡轮增压器同
时向发动机供给增压后的空气。在低速范围内主要靠机械
增压，而在高转速范围内主要靠涡轮增压。这种增压系统
使发动机低转速转矩特性得到改善。
四、汽油机增压的困难：
1、进气系统中节气门的存在使得发动机在低速小负荷时压
气机容易发生喘振—涡轮增压的困难。
2、汽油机增压后爆燃倾向增加。
3、汽油机混合气的过量空气系数小，燃烧温度高，增压后
发动机和涡轮增压器的热负荷高。
4、汽油机转速高，范围广，发动机和增压器匹配困难。
5、涡轮增压汽油机的加速性较差（增压器叶轮的惯性），
尤其是低速加速性差。
五、电控汽油喷射式汽油机普及增压的原因
克服了发动机和增压器匹配的困难。
1、爆燃控制：应用点火提前角自适应控制系统克服由于
增压而增加的爆燃倾向。利用爆震传感器检测爆燃信息，
并传送给ECU，电控单元则发出指令推迟点火时刻以消除
爆震。待爆震消除后，自适应地加大点火提前角，使发动
机在最理想的状况下工作。
2、放气控制：由于发动机在大负荷、高转速时，废气能量大，
增压器转速高，增压压力高；反之，废气能量小，增压器转速
低，增压压力低。若增压器按高速、大负荷设计，则低速、小
负荷时发动机的转矩小，加速性差。因此，必须采用增压压力
调节装置，主要，有进、排气旁通阀及控制膜盒。
3、增压中冷：增压后的空气温度升高会导致（1）进入气缸
内的空气密度下降，输出功率降低；（2）引起发动机爆燃。
因此，对增压后的空气在压气机后面连接一个中冷器进行冷却，
可提高发动机功率、减轻爆燃倾向、降低油耗和热负荷。
第二节 机械增压
一、机械增压系统组成
罗茨式压气机，由曲轴带轮经传动带和电磁离合器带
轮驱动。当发动机在小负荷下工作时不需要增压，电控单
元ECU根据节气门位置传感器的信号使电磁离合器断电，
增压器停止工作。与此同时，使进气旁通阀通电而开启，
即在不增压的前提下，空气经旁通阀以及旁通管路进入气
缸。大负荷时，增压器工作。
二、机械增压器
它由转子、转子轴、传动齿轮、壳体、后盖和齿
轮室罩等组成在压气机前端装有电磁离合器及电磁离
合器带轮。有两个转子。发动机曲轴带轮经传动带、
电磁离合器带轮驱动其中一个转子，而另一个转子由
传动齿7带动。罗茨式压气机有两叶（直线型）和三叶
（螺旋型）之分。三叶转子有较低的工作噪声及较好
的增压器特性。
罗茨式压气机结构图
转子与转子、转于与壳体间互不相碰，但间
隙很小。转子外廓把进气口和出气口隔开。
罗茨式压气机工作原理：运转时，两个耦合转子是
以相同的速度、相反的方向旋转，在两个转子分向侧，
气室容积由小变大形成低压区，而两个转子的合向侧，
气室容积由大变小形成高压区。进气口设在低压区，
排气口设在高压区，以压差来吸入或送出气体。
三、电磁离合器
传动带轮与主动板固连接在
一起，从动摩擦片与花键套固连
接在一起。
电控单元发出指令。 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
于结合状态，增压器工作。当切
断电源时，增压器停止转动。
第三节 涡轮增压
一、涡轮增压
系统：涡轮增
压系统分单涡
轮增压系统和
双涡轮增压系
统。
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
止润滑油漏入压气机或涡轮机中的密封装
置等。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涡壳等组成。
当压气机旋转时，空气经进气道进入压气机叶轮，并
在离心离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提高，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，
温度也有所提高。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片式两种，无叶片式扩压管就是
由涡壳和中间体侧壁所形成的环形空间，结构简单，工况变
化对压气机效率的影响很小，适用于车用增压器。叶片式扩
压管优点是扩压比大，压气机效率高，但结构复杂，工况变
化对压气机效率有较大的影响。
涡壳的作用是收集从扩压管中流出的空气，将其引向压
气机出口，空气在涡壳中继续减速增压，完成由动能转变为
压力能的过程。
涡轮箱
扩压器
2、径流式涡轮机：涡轮机作用是将发动机排气的能量转
变为机械功。径流式涡轮机由涡壳、喷管、叶轮和出气道
等组成。发动机排气经涡壳引导进入叶片式喷管。喷管是
由相邻叶片之间构成的减缩形流道。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。从喷管
高速流出的废气冲击叶
轮，并在叶片所形成的
流道中继续膨胀做功，
推动叶轮高速旋转。
涡轮机的喷管也有叶片式和无叶片式
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，构成增压器转子，其转速高达10万~20万转/分。
4、增压器轴承
车用发动机增压器轴承采用浮动轴承，实际是套在轴上
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。在增压器工作时，
圆环在轴与轴承座之间缓慢转动。
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。
三、增压压力的调节
涡轮增压系统中的排气旁通阀受控制膜盒控制。控制
膜盒中的膜片将其分成左室右室。右室通过连通管与压气
机出口相通，左室通大气，其中的弹簧预紧力向右作用，
当压气机出口压力大于弹簧预紧力时，经过连动杆迫使排
气旁通阀打开，控制增压压力不超过限定值。
进气旁通阀是在发动机在低速小负荷、涡轮增压器不工
作时工作（打开）的，向气缸内补充空气。当涡轮增压器
工作时，压气机出口压力克服进气旁通阀膜片内侧的弹簧
预紧力而关闭。
定义：在大排量重型车用涡轮增压发动机上多采用涡
轮机喷管出口截面可变的涡轮增压器，简称变截面涡
轮增压器。
四、涡轮增压器的润滑与冷却
来自发动机润滑系统主油道的机油，经增压器中间体上
的机油进口进入增压器，润滑与冷却增压器轴与轴承，然
后，机油经机油出口返回发动机油底壳。在增压器轴上安
装油封，若损坏，将导致机油消耗剧增，发动机排气冒蓝
烟。
汽油机涡轮增压器的热负荷大，因此必须在涡轮机一
侧设置冷却水套，并用软水管与发动机的冷却系连通。进
水口和出水口均在中间体上。
油道
冷却水套
润滑：来自发动机润滑系统主油道的机油，经增压
器中间体上的机油进口进入增压器，润滑和冷却增压器
轴和轴承。
水冷式：增压器的热负荷大，因此在增压器中间体
的涡轮机侧设置冷却水套，并用软管与发动机的冷却系
统相通。
风冷式：有些涡轮增压器在中间体内不设置冷却水
套，只靠机油及空气对其进行冷却。
作业思考题
1.何谓增压?增压有几种基本类型?各有何优缺点?
2.汽油机增压有何困难?如何克服?
3.为什么要控制增压压力?在涡轮增压系统中是如
何控制或调节增压压力的?