汽车进气增压系统的结构

发动机在不同的工况时所需要的进气量大小不同，当发动机转速低时，所需要的进气量少，高转速时，发动机需要输出较大的转矩，所以需要提高发动机的进气量以提高发动机输出功率。进气增压系统就能够实现发动机高速和低速对进气量变化的要求，进气增压系统可分为可变进气增压和涡轮增压两种。本节主要介绍可变进气增压和涡轮增压系统的结构及维修的相关知识。

（一）涡轮增压控制系统

涡轮增压控制系统是一种动力增压控制系统，按要其动力源的不同，可分为机械增压、废气涡轮增压、复合增压和气波增压等几种形式。

目前应用较为广泛的是废气涡轮增压控制系统。

1．废气涡轮增压控制系统组成及原理

废气涡轮增压控制系统是利用发动机排出废气能量来驱动增压装置进行工作的，其系统组成如图4-54所示，主要由增压器、冷却器和控制装置组成。当发动机工作时，发动机排出的废气冲击安装在排气管道中的动力涡轮，使动力涡轮转动，同时，动力涡轮带动与其同轴安装在进气管道中的增压涡轮，使其一块转动。增压涡轮相当于一个空气压缩机，可将进气管道内的空气增压后送给发动机，以提高发动机的进气量，提高发动机的输出功率。

要点

为了降低增压后空气的温度，在进气管道中通常安装有冷却器，以对增加后的空气进行冷却；为了实现对增压系统压力进行控制，还装有压力传感器、电磁阀及控制单元等控制装置。

图4-54 废气涡轮增压控制系统的组成

2．废气涡轮增压控制系统的控制过程

废气涡轮增压控制系统主要控制内容就是对增压压力进行控制。根据其控制方法的不同，可分为旁通气道控制式和涡轮转速控制式两种。

（1）旁通气道控制式涡轮增压控制系统 采用旁通气道控制式的涡轮增压控制系统如图4-55所示。控制废气流动路线的旁通阀受驱动气室的控制，在涡轮增压器出口与驱动气室之间的压力空气通道中装有受ECU控制的释压电磁阀，释压电磁阀控制进入驱动气室的气体压力。当ECU检测到进气压力在0.098MPa以下时，ECU控制释压电磁阀关闭。此时由涡轮增压器出口引入的压力空气，经释压阀进入驱动气室，克服气室弹簧的压力推动旁通阀关闭排气旁通口，此时废气流经涡轮室使增压器工作。当ECU检测到的进气压力高于0.098MPa时，释压电磁阀打开，通往驱动气室的压力空气被切断，在气室弹簧力的作用下，打开排气旁通口，废气不经涡轮室直接排出，增压器停止工作，进气压力下降，直到进气压力降至规定的压力时，ECU又将释压阀关闭，排气旁通口打开，废气涡轮增压器又开始工作。

图4-55 旁通气道控制式涡轮增压控制系统

1－释压电磁阀 2－驱动气室 3－旁通阀 4－排气管 5－涡轮室 6－泵轮室 7－进气管

（2）涡轮转速控制式涡轮增压控制系统 有些增压控制系统中，通过控制增压器的转速来控制增压压力，系统组成如图4-56所示。切换阀驱动气室工作时可改变切换阀的开度，控制流过涡流室通道载面积，喷嘴环驱动气室工作时可改变增压器喷嘴环的角度，控制涡轮叶片的角度，两个驱动气室的空气通道都装有受ECU控制的电磁阀。ECU根据发动机的运行工况（加速、爆燃、冷却液温度、进气量等信号），确定增压压力的目标值，并通过进气管压力传感器来检测发动机的实际增压压力值。ECU根据实际增压压力与目标值的差值，控制电磁阀的开度，从而控制进入驱动气室的空气压力，改变切换阀的开度和喷嘴环的角度，从而控制废气涡轮增压器的转速，使实际增压压力符合发动机所需要的目标增压压力。

图4-56 涡轮转速控制式涡轮增压控制系统

1－爆燃传感器 2－切换阀控制电磁阀3－ECU 4－进气管绝对压力传感器 5－空气流量计 6－喷嘴环控制电磁阀 7－喷嘴环驱动气室 8－切换阀驱动气室

3．涡轮增压器的结构及工作原理

涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器，其外形和结构如图4-57所示。涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性连接。(www.xing528.com)

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮义带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应地增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

图4-57 增压器的外形及结构

l－压气机叶轮 2－转子轴 3－压气机壳 4－膜片弹簧 5－涡轮壳 6－涡轮 7－隔热板 8－轴承 9－压气机后盖

（二）可变进气增压系统

可变进气增压系统是利用改变进气管的长度，或者截面积来改变高低速时发动机的进气量的大小，可分为动力阀控制系统和谐波增压控制系统两种。

1．动力阀控制系统

动力阀控制系统是通过改变进气管截面积来改变发动机高速和低速时进气量的一种控制系统，可以适应发动机不同转速和负荷时对进气量需求，从而改善发动机的动力性。

动力阀控制系统组成如图4-58所示。用来控制进气道空气流通截面大小的动力阀安装在进气管上，动力阀的开闭由膜片真空气室控制，ECU根据各传感器信号通过真空电磁阀（VSV阀）控制真空罐与真空气室的真空通道。发动机小负荷运转时，进气量较少，ECU断开真空电磁阀接地回路，真空罐中的真空度不能进入膜片真空气室，动力阀处于关闭位置，进气通道变小。当发动机大负荷运转时，进气量较多，ECU接通真空电磁阀接地回路，真空罐中的真空度经真空电磁阀进入膜片真空气室，动力阀开启，进气通道变大。动力阀控制系统的主要控制信号有发动机转速、温度、空气流量等信号。

图4-58 动力阀控制系统的组成及工作原理

1－真空罐 2－膜片真空气室 3－真空电磁阀 4－动力阀 5－ECU

2．谐波增压控制系统（ACIS）

谐波增压系统是通过改变进气管长度来改变发动机高速和低速时进气量的一种控制系统。

（1）压力波的产生及利用 发动机工作中，进气管内的气体经进气门高速流入气缸，当进气门关闭时，由于气体流动惯性使进气门附近的气体受到压缩而压力增高；当气体惯性过后，进气门附近被压缩的气体膨胀而流向进气相反的方向，压力下降；膨胀的气体流动到进气管口时又被反射回来，这样在进气管内即产生了压力波。在部分电控燃油喷射发动机上，即利用了进气管内的压力波与进气门的开启配合，当进气门开启时，使反射回来的压力波正好传到该气门附近，从而形成进气增压的效果，提高发动机的充气效率和功率。

发动机工作时，从进气门关闭到下一次开启的间隔时间取决于发动机的转速，而进气管内的压力波反射回到进气门处所需的时间，取决于压力波传播路线的长度。进气管较长时，压力波传播距离长，发动机低速性能较好；进气管较短时，压力波传播距离短，发动机高速性能较好。如果进气管的长度可以改变，则可兼顾发动机低速和高速时的性能要求，但发动机进气管的长度一般是不能改变的，其长度一般都是按最大转矩对应的转速区域（低速区域）设计。

（2）谐波增压控制系统的组成及工作原理 谐波进气增压系统的功能就是根据发动机转速的变化，改变进气管内压力波的传播距离，以提高充气效率，改善发动机性能。谐波进气增压系统组成及工作原理如图4-59所示，主要由进气控制阀、真空驱动器、真空电磁阀、ECU及传感器等组成。进气控制阀和大容量的进气室设置在进气管中，当发动机转速较低时，同一气缸的进气门关闭与开启间隔的时间较长，此时进气控制阀关闭，使进气管内压力波的传递距离为进气门到空气滤清器的距离，这一距离较长，压力波反射回到进气门附近所需时间也较长；当发动机处于高速区域运转时，此时进气控制阀开启，由于大容量进气室的影响，使进气管内压力波传递距离缩短为进气门到进气室之间的距离，与同一气缸的进气门关闭与开启间隔的时间较短相适应，从而使发动机在高速时得到较好的进气增压效果。

ECU根据发动机转速信号控制真空电磁阀的开闭，高速时真空电磁阀开启，真空罐内的真空进入真空驱动器的膜片气室，真空驱动器驱动进气控制阀开启。反之，低速时真空电磁阀关闭，真空罐内的真空不能进入真空驱动器的膜片气室，进气控制阀处于关闭状态。

图4-59 谐波增压控制系统的组成及工作原理

1－节气门 2－真空驱动器 3－进气控制阀 4－空气滤清器 5－单向阀 6－真空罐 7－真空电磁阀