渦輪增壓的英文名字為Turbo,一般來說,如果我們在轎車尾部看到Turbo或者T,即表明該車采用的發動機是渦輪增壓發動機了。相信大家都在路上看過不少這樣的車型,譬如奧迪A6的1.8T,帕薩特1.8T,寶來1.8T等等。應用渦輪增壓技術來提升發動機的功率,已經有30多年的歷史了,1998年以后,國內的汽車制造廠也開始使用Turbo技術。尤其是南、北大眾出的汽車,比如AudiA6/1.8t, Bora1.8T,PasstB5/1.8T逐漸多了起來,而且也比較好賣。加速性能確實很爽,比如PassatB5/1.8T,只有10秒多指針就到100公里了。
基本信息
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中文名稱
渦輪增壓技術
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外文名稱
Turbo
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目的
提高發動機進氣量
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發明時間
1905
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系統
機械增壓系統
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方法
提高發動機的進氣能力
目錄 | 1技術詳解 2增壓目的 3結構及其原理 4渦輪增壓的優缺點 5使用歷史 | 6性能體現 7技術發展 8工作原理 9主要構造 10不足之處 | 11使用注意 12系統工作 13未來發展 14設備相關 15原理簡圖 |
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技術詳解
首先,談談增壓類型。
機械增壓系統
機械增壓系統:這個裝置安裝在發動機上并由皮帶與發動機曲軸相連接,從發動機輸出軸獲得動力來驅動增壓器的轉子旋轉,從而將空氣增壓吹到進氣岐道里。其優點是渦輪轉速和發動機相同,因此沒有滯后現象,動力輸出非常流暢。但是由于裝在發動機轉動軸里面,因此還是消耗了部分動力,增壓出來的效果并不高。
氣波增壓系統
氣波增壓系統:利用高壓廢氣的脈沖氣波迫使空氣壓縮。這種系統增壓性能好、加速性好但是整個裝置比較笨重,不太適合安裝在體積較小的轎車里面。
廢氣渦輪增壓系統
廢氣渦輪增壓系統:這就是我們平時最常見的渦輪增壓裝置了,增壓器與發動機無任何機械聯系,實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增快,廢氣排出速度與禍輪轉速也同步增快,葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量就可以增加發動機的輸出功率。一般而言,加裝廢氣渦輪增壓器后的發動機功率及扭矩要增大20%-30%。但是廢氣渦輪增壓器技術也有其必須注意的地方,那就是泵輪和渦輪由一根軸相連,也就是轉子,發動機排出的廢氣驅動泵輪,泵輪帶動渦輪旋轉,渦輪轉動后給進氣系統增壓。增壓器安裝在發動機的排氣一側,所以增壓器的工作溫度很高,而且增壓器在工作時轉子的轉速非常高,可達到每分鐘十幾萬轉,如此高的轉速和溫度使得常見的機械滾針或滾珠軸承無法為轉子工作,因此渦輪增壓器普遍采用全浮動軸承,由機油來進行潤滑,還有冷卻液為增壓器進行冷卻。
復合增壓系統
復合增壓系統:即廢氣渦輪增壓和機械增壓并用,機械增壓有助于低轉速時的扭力輸出,但是高轉速時功率輸出有限;而廢氣渦輪增壓在高轉速時擁有強大的功率輸出,但低轉速時則力不從心。發動機的設計師們于是就設想把機械增壓和渦輪增壓結合在一起,來解決兩種技術各自的不足,同時解決低速扭矩和高速功率輸出的問題。這種裝置在大功率柴油機上采用比較多,汽油機上采用雙增壓系統(復合增壓系統)的車型還比較少,大眾的1.4 TSI發動機(這款發動機兼顧了低速扭力輸出和高速功率輸出。在低轉速時,由機械增壓提供大部分的增壓壓力,在1 500rpm時,兩個增壓器同時提供增壓壓力。隨著轉速的提高,渦輪增壓器能使發動機獲得更大的功率,與此同時,機械增壓器的增壓壓力逐漸降低。機械增壓通過電磁離合器控制,它與水泵集合在一起。在轉速超過3500rpm時,由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力,此時機械增壓器在電磁離合器的作用下完全與發動機分離,防止消耗發動機功率)采用了了這一系統。其發動機輸出功率大、燃油消耗率低、噪聲小,只是結構太復雜,技術含量高,維修保養不容易,因此很難普及。
增壓目的
渦輪增壓的主要作用就是提高發動機進氣量,從而提高發動機的功率和扭矩,讓車子更有勁。一臺發動機裝上渦輪增壓器后,其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發動機在經過增壓之后能夠產生更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發動機來說,經過增壓之后,動力可以達到2.4L發動機的水平,但是耗油量卻比1.8發動機并不高多少,在另外一個層面上來說就是提高燃油經濟性和降低尾氣排放。
結構及其原理
-緣起:渦輪增壓發動機備受青睞
最近,渦輪增壓這個原本多用于柴油發動機的技術忽然在國產中高檔轎車中熱了起來。先是奧迪A6 1.8T熱銷,而后又傳出上海帕薩特B5也將采用1.8T渦輪增壓發動機的消息。
那么,究竟什么是渦輪增壓技術,應用這一技術的發動機有哪些好處?為更直觀地說明這個問題,我們將同為奧迪A6匹配1.8T、1.8、2.4三種發動機做一個比較。
嚴格地講,這三種發動機并沒有可比性。同是奧迪公司精心設計的具有世界先進水平的發動機,1.8T和1.8為直列4缸發動機,而2.4為V型6缸發動機,結構不同。但我們僅想通過發動機功率、扭矩曲線等表象,反映出渦輪增壓發動機的優缺點。
-釋疑:采用渦輪增壓主要是為了提高發動機進氣量
許多人都知道,汽車發動機的工作,多是靠燃料在發動機氣缸內燃燒作功,從而對外輸出功率。在發動機排量一定的情況下,若想提高發動機的輸出功率,最有效的方法就是多提供燃料燃燒。然而,向氣缸內多提供燃料容易做到,但要提供足夠量的空氣以支持燃料完全燃燒,靠傳統的發動機進氣系統是很難完成的。
就拿汽油機來說,每向氣缸內提供1公斤的汽油,約需要氣缸吸入15公斤的空氣,才能保證汽油充分燃燒。這15公斤的空氣,其體積將是非常大的,光靠氣缸在發動機進氣過程產生的真空度,不容易將這么大體積的空氣完全吸入。因此,提高發動機吸入氣體的能力,也就是提高發動機的充氣效率就顯得尤為重要。
增壓技術就是一種提高發動機的進氣能力的方法。
從原理上講,增壓并無神秘之處。它就是采用專門的壓氣機將氣體在進入氣缸前預先進行壓縮,提高進入氣缸的氣體密度,減小氣體的體積,這樣,在單位體積里,氣體的質量就大大增加了,進氣量即可滿足燃料的燃燒需要,從而達到提高發動機功率的目的。
增壓過程中采用的壓氣機又叫做增壓器。廢氣渦輪增壓是進氣增壓的一種方式。發動機的增壓方法根據驅動增壓器所用能量來源的不同,基本上可以分為三類:第一類是機械增壓系統,增壓器由發動機曲軸通過齒輪(或鏈條等)直接驅動。第二類是廢氣渦輪增壓系統,增壓器是由發動機工作時排出的廢氣帶動的。第三類是復合增壓系統,即在發動機上,既采用廢氣渦輪增壓器,又同時應用機械驅動式增壓器。此外還有慣性增壓、氣波增壓等其他增壓方式。
應用在汽車發動機上的主要是廢氣渦輪增壓系統。奧迪A6 1.8T采用的就是這種系統,T即代表渦輪增壓(Turbocharged)。
渦輪增壓的優缺點
-辨析:渦輪增壓的優缺點
渦輪增壓的最大優點是可提高發動機的功率和扭矩。
渦輪增壓的優點是顯而易見的,它可在不增加發動機排量的基礎上,大幅度提高功率和扭矩。一臺發動機裝上渦輪增壓器后,其輸出的最大功率與未裝增壓器的相比,可增加大約40%甚至更多。這意味著一臺尺寸和重量相同的發動機經增壓后可以產生較多的功率,或者說,一臺小排量的發動機經增壓后,可以產生較大排量發動機相同的功率。另外,發動機在采用了增壓技術后,還能提高燃油經濟性和降低尾氣排放。
汽油機采用渦輪增壓技術有一定難度。
凡事有利就有弊,渦輪增壓也不例外。發動機在采用廢氣渦輪增壓技術后,工作中產生的最高爆發壓力和平均溫度將大幅度提高,從而使發動機的機械性能、潤滑性能都會受到影響。
為了保證增壓發動機在較高的機械負荷和熱負荷條件下,能可靠耐久地工作,必須在發動機主要熱力參數的選取、結構設計、材料、工藝等方面作必要的改變,而不是簡單地在發動機上裝一個增壓器就行了。由于這個改變過程在實行中難度頗大,而且還要考慮增壓器與發動機的匹配問題,因此在一定程度上也限制了廢氣渦輪增壓技術在發動機上的應用。
相對來說,廢氣渦輪增壓器與柴油機配合運行時,渦輪機允許工作的范圍較廣,高效率范圍也較寬,在配合運行中產生的問題較少,所以廢氣渦輪增壓技術在柴油機應用的比較多。而對于汽油機在增壓后,提高了缸內混合氣壓縮和燃燒氣體的溫度和壓力,提高了燃燒室受熱零件的熱負荷,很容易產生爆震。這也就是至今為止,增壓技術在汽油機上得不到廣泛應用的主要原因。
-比較:奧迪A61.8T比1.8功率大,但比2.4起步慢
奧迪A6 1.8T的發動機在其動力輸出上就充分體現了廢氣渦輪增壓技術的優勢。由其功率--扭矩曲線圖可以看出,隨著發動機轉速的提高,其功率逐漸增大,在5700轉/分鐘時達到最大值110千瓦。這與未裝增壓器的1.8升發動機相比,最大功率提高了大約20%。觀察其扭矩變化,在低轉速時(1750轉/分鐘以下)發動機具有良好的扭矩特性。在1750轉/分鐘時,發動機輸出最大扭矩210 N.m,并在1750~5700轉/分鐘之間一直保持這個最大扭矩,這一點與未裝增壓器的發動機有所不同。與奧迪A6 1.8相比,安裝增壓器后,其最大扭矩增加了25%。
奧迪A6 2.4的發動機排量比1.8T的要大許多,而其最大功率和最大扭矩卻相差不多。但是從曲線圖中不難看出,在低轉速時,1.8T的扭矩和功率要比2.4的小。這是因為渦輪增壓在中、高轉速時作用更明顯。因此表現為,奧迪A6 1.8T的起步就要比2.4略慢,若匹配自動變速器,這點更為明顯。不過,當發動機轉速較大時,渦輪增壓憑借其寬廣的扭矩高原,優勢便會突出。但僅以發動機來論,1.8T滿足車輛一般性需要,已是綽綽有余了。
使用歷史
汽車引擎的增壓技術可分為機械增壓和廢氣渦輪增壓兩種,其中廢氣渦輪增壓技術因更高的能效比而應用得最為廣泛。
說到渦輪增壓技術,它已經有100多年歷史了。在1905年Alfred Buchi博士就申請了第一款渦輪增壓器的專利--動力驅動的軸向增壓器。到了1961年,小轎車開始試探性地安裝增壓器,但因為瞬間產生的巨大壓力和熱量,使安裝后效果并不理想。而來自于北歐瑞典的Saab薩博公司則是第一家把渦輪增壓器應用到汽車產品上的汽車制造商,1977年問世的Saab薩博99汽車,使汽車發動機在應用渦輪增壓技術上,真正開始走向成熟,它的到來同時宣告了汽車產業一個新時代的誕生。渦輪增壓技術改寫了排量大小決定功率的傳統概念。
性能體現
裝備了渦輪增壓發動機的汽車,不僅在動力和功率這些性能的數字表現上,遠超于同排量的汽車產品,更在實際使用過程中能與排量上比自己上一個等級的汽車相匹敵。如:Saab薩博公司在最新款Saab薩博9-3 Vector 2.0TS上裝備的2.0升強渦輪增壓發動機可以在5300轉時輸出驚人的155kW的功率,這一指標幾乎已經趕上普通轎車3.0排量的發動機。也就是說在某一程度上,這款四缸發動機的產品所產生的功率與普通六缸發動機是等效的,這樣帶來的優點很明顯,不僅不需要為了追求高速率來花更多的費用購買大排量汽車,并且發動機工作時噪音更小,而且采用分量較輕的發動機對降低整車重量、減少油耗更是大有益處。
環保、更低的排放標準也是渦輪增壓器一個很重要的優點。因為在污染日趨嚴重的今天,一個有高度責任感的汽車制造商不僅要滿足客戶對汽車的駕乘欲望,保證產品有足夠的駕駛樂趣,更要以保護環境、創造良好的生存空間為己任。渦輪增壓器正好能滿足即提高燃油經濟性,降低排放,同時又不會以失去駕駛樂趣為代價的綜合性要求。因為增壓會給燃燒室提供更多的空氣,使燃燒更徹底,排放更干凈。特別在高海拔空氣稀薄地區和嚴寒地區渦輪發動機也能有效的工作。目前全世界只有Saab薩博是唯一一個全系列產品都采用渦輪增壓技術的汽車品牌。
技術發展
相對于渦輪發動機這么多卓越的優點,它的核心部件可以簡單到一個氣泵。由發動機排出的廢氣來驅動渦輪增壓器一側的葉輪,當它越轉越快時,另一側的葉輪也在同步加快,增大了進入燃燒室的進氣量。雖然原理簡單但實際上它是很復雜和精密的,不僅需要內部配件的嚴密配合,渦輪增壓器還要與發動機嚴密匹配,否則就會降低發動機的效率甚至造成損壞。在這方面Saab薩博的優勢比較明顯,Saab薩博獨創的動力分流技術和他們全新研發的發動機管理系統Trionic8,專門依據渦輪增壓發動機的需要而設計,它能很準確的領會到駕駛者的意圖,并依此來控制發動機整套啟動過程和各部分零件的溫度反應,同時改進扭矩和油門的反應靈敏度。
隨著科技的進步,渦輪增壓器已經變得部件更少、體積更小、轉速更高,空氣壓縮比更優。今天,在歐洲,渦輪增壓器已經占到了50%,渦輪增壓發動機已經成為提高動力性能的主流方向。隨著新的耐高溫材料、新的平衡技術和微量潤滑油軸承系統及全新電子控制的使用,渦輪增壓器對于今后的汽車還同樣起著重要的作用。
工作原理
1、一般我們叫通俗了,都說渦輪增壓,實際上它的實現是通過渦輪增壓器來達到的。渦輪增壓器通俗地理解就是空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。2、渦輪增壓器利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入氣缸。
3、當發動機轉速增快(當加速的時候),廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快,葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量和調整一下發動機的轉速,這樣就可以增加發動機的輸出功率了。
4、在現有的技術條件下,渦輪增壓器是唯一能使發動機在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機械裝置。一般能使發動機增加輸出功率在10%到40%左右。那么可以推斷,如果使PassatB5/1.8的發動機,加了渦輪增壓器以后的輸出功率應該相當于2.3L排量發動機的輸出功率了。可想而知,這東西使讓發動機的工作效率不變,就那么大的機器,還讓人家多干點活,加個渦輪增壓器來壓縮空氣,擴大進氣量,從而增大輸出功率,真有點電腦上CPU超頻的意思啊。想想還是人還是很聰明的,發動機體力不夠,想辦法硬讓它夠。
主要構造
一般人想象這樣的渦輪增壓技術可能十分復雜,其實不然,一個空氣壓縮機再復雜也是一個機械裝置。它是由渦輪室和增壓器組成,請注意他們的鏈接:
1、渦輪室進氣口與排氣歧管相連,排氣口接在排氣管上;
2、增壓器進氣口與空氣濾清器管道相連,排氣口接在進氣歧管上。
3、渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內,二者同軸剛性聯接。
這樣,一個整體的渦輪增壓器就形成了,發動機就超頻了。
不足之處
在搞清楚渦輪增壓器的結構和它的基本工作原理之后,想到優點的同時,缺點一定是有的,魚和熊掌真的是不可兼得啊。 渦輪增壓技術其中最明顯的就是滯后響應,即由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩,即使經過改良后的反應時間也要1.7秒,使發動機延遲增加或減少輸出功率。這樣如果你急加速,就會感覺發動機使不上勁。 但隨著技術的進步,渦輪延遲在一定程度上得到改善:例如采用兩個較小渦輪并聯來代替一個較大的渦輪,在效果基本相同時,減小了渦輪延遲。但渦輪延遲仍不可完全避免。
在經過了增壓之后,發動機在工作時候的壓力和溫度都大大升高,因此發動機壽命會比同樣排量沒有經過增壓的發動機要短,而且機械性能、潤滑性能都會受到影響,這樣也在一定程度上限制了渦輪增壓技術在發動機上的應用。
使用注意
工作環境
渦輪增壓器是利用發動機排出的廢氣驅動渦輪,它再怎么先進還是一套機械裝置,由于它工作的環境經常處于高速、高溫下工作,增壓器廢氣渦輪端的溫度在600度以上,增壓器的轉速也非常高,因此為了保證增壓器的正常工作,對它的正確使用和維護十分重要。主要我們要遵循以下的方法:
不能著車就走
尤其在冬季,發動機啟動后,最好讓其怠速運轉一段時間,以便在增壓器轉子高速運轉之前讓潤滑油充分潤滑軸承。千萬注意剛啟動后不能猛轟油門,以防損壞增壓器油封。可想而知,這個過程是一個潤滑的作用。
不要立即熄火
發動機長時間高速運轉后,比如跑完高速,要進入服務器休息,不能立即熄火。原因是發動機工作時,有一部分機油供給渦輪增壓器轉子軸承潤滑和用于冷卻的。正在運行的發動機突然停機后,機油壓力迅速下降為零,增壓器渦輪部分的高溫傳到中間,軸承支承殼內的熱量不能迅速帶走,而同時增壓器轉子仍在慣性作用下高速旋轉,因此,發動機熱機狀態下如果突然停機,會引起渦輪增壓器內滯留的機油過熱而損壞軸承和軸。最好是怠速運轉3-5分鐘后在熄火。
由此可見,高速運轉后,怠速運轉3-5分鐘是為了渦輪增壓器降低溫度。
其它諸如保潔(拆卸時保潔),潤滑,檢查各個管道的連接情況應該在例行檢查的時候多多注意,這些東西對一個普通的司機來講,可能復雜了一些,但保養的時候一定讓師傅多多給看看。
注意選擇機油
由于渦輪增壓器的作用,使進入燃燒室的空氣質量與體積有大幅度的提高,發動機結構更緊湊、更合理,較高的壓縮比,使發動機的工作強度更高。機械加工精度也更高,裝配技術要求更嚴格。所有這些都決定了渦輪增壓發動機的高溫、高轉速、大功率、大扭矩、低排放的工作特點。同時也就決定了發動機的內部零部件要承受較高的溫度及更大的撞擊、擠壓和剪切力的工作條件。所以在選用渦輪增壓轎車車用機油時,就要考慮到它的特殊性,所使用的機油必須抗磨性好,耐高溫,建立潤滑油膜快,油膜強度高和穩定性好。而合成機油或半合成機油恰好可以滿足這一要求,所以機油除了最好使用原廠規定機油外還可以選用合成機油、半合成機油等高品質潤滑油。
發動機機油保持清潔
,渦輪增壓發動機對機油的要求也比較高,必須保持清潔。另外如果機油變質要及時更換。否則機油的潤滑能力下降,會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞,增加保養成本,甚至造成渦輪增壓器的過早報廢。
系統工作
我們希望用以下簡單的步驟讓你明白渦輪增壓的工作順序,從而便能清楚了解渦輪增壓系統的工作原理。
一,發動機排出的廢氣,推動渦輪排氣端的渦輪葉輪(Turbine Wheel)②,并使之旋轉。由此便能帶動與之相連的另一側的壓氣機葉輪(Turbine Wheel) ③也同時轉動。
二,壓氣機葉輪把空氣從進風口強制吸進,并經葉片的旋轉壓縮后,再進入管徑越來越小的壓縮通道作二次壓縮,這些經壓縮的空氣被注入汽缸內燃燒。
三,有的發動機設有中冷器,以此降低被壓縮空氣的溫度、提高密度,防止發動機產生爆震。
四,被壓縮(并被冷卻后)的空氣經進氣管進入汽缸,參與燃燒做功。
五,燃燒后的廢氣從排氣管排出,進入渦輪,再重復以上(一)的動作,
未來發展
未來全球渦輪增壓前景是非常可觀的
歐洲乘用車已經有了67%的滲透率,在歐洲我們有67%,在未來的2020年會實現85%的滲透率,美國在2009年滲透率是5%,但是通過和客戶的交流,了解到美國采用渦輪增壓技術非常積極,到2020年會有82%的滲透率,中國的發展趨勢也是類似。燃油經濟性是未來非常重要的話題,渦輪增壓是正確的方向,帶來燃油清潔性以及效率。
渦輪增壓技術支持中國未來的成長和發展
長張幻燈我們看到渦輪增壓不是新的技術,過去是增加新能的,未來我們是為了減量化,是讓引擎減量,但不會減少乘駕人的體驗,我們想通過更小尺寸引擎保持它的性能,這樣的話就可以使用更少的燃油,利用增壓能夠提高性能,減少排放,這就是霍尼韋爾在做的事情。
渦輪增壓技術中國的前景很好
小型或者微型增壓器,并且推出了突破性的增壓技術,在很多不同計劃中,正如我前面提的,我們在中國看到很多計劃,現在有很多方法可以提高內燃機的效率,通過使用渦輪增壓技術提高內燃機的效率。
設備相關
渦輪增壓器
參加競賽的跑車或方程式賽車一般在發動機上裝有渦輪增壓器,以使汽車迸發出更大的功率。發動機是靠燃料在氣缸內燃燒作功來產生功率的,輸入的燃料量受到吸入氣缸內空氣量的限制,所產生的功率也會受到限制,如果發動機的運行性能已處于最佳狀態,再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進入氣缸來增加燃料量,提高燃燒作功能力。在目前的技術條件下,渦輪增壓器是唯一能使發動機在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機械裝置。
構造渦輪增壓器是由渦輪室和增壓器組成的機器,渦輪室進氣口與排氣歧管相連,排氣口接在排氣管上;增壓器進氣口與空氣濾清器管道相連,排氣口接在進氣歧管上。渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內,二者同軸剛性聯接。
原理渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增快,廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快,葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量和調整一下發動機的轉速,就可以增加發動機的輸出功率了。
技術渦輪增壓器安裝在發動機的進排氣歧管上,處在高溫,高壓和高速運轉的工作狀況下,其工作環境非常惡劣,工作要求又比較苛刻,因此對制造的材料和加工技術都要求很高。其中制造難度最高的是支承渦輪軸運轉的浮式軸承,它工作轉速可達10萬轉/分以上,加上環境溫度可達六、七百度以上,決非一般軸承所能承受,由于軸承與機體內壁間有油液做冷卻,又稱全浮式軸承。
缺點另外渦輪增壓器雖然有協助發動機增力的作用,但也有它的缺點,其中最明顯的是,滯后響應,即由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩,即使經過改良后的反應時間也要1.7秒,使發動機延遲增加或減少輸出功率。這對于要突然加速或超車的汽車而言,瞬間會有點提不上勁的感覺。
改進但是渦輪增壓器畢竟是無本生利的事情,它是利用發動機的廢氣工作的,這些廢氣的能量如果不加以利用也會白白地浪費掉。因此,自從渦輪增壓器面世以來,人們就經常對它進行技術改造,例如提高加工精度,盡量減少渦輪與渦輪室內壁的間隙,以便提高廢氣能量利用率;采用新型材料陶瓷,利用陶瓷的耐熱高,剛度強,重量輕的優點,可以將渦輪增壓器做得更加緊湊,體積更少,而且能減少渦輪的滯后響應時間。
在最近30年時間里,渦輪增壓器已經普及到許多類型的汽車上,它彌補了一些自然吸氣式發動機的先天不足,會發動機在不改變氣缸工作容積的情況下可以提高輸出功率10%以上,因此許多汽車制造公司都采用這種增壓技術來改進發動機的輸出功率,藉以實現轎車的高性能化。
使用注意事項
由于渦輪增壓器經常處于高速、高溫下工作,增壓器廢氣渦輪端的溫度在600℃左右,增壓器轉子以832-1040r/min 的高速旋轉,因此為了保證增壓器的正常工作,使用中應注意以下幾點:
1、不能著車就走。發動機發動后,特別是在冬季,應讓其怠速運轉一段時間,以便在增壓器轉子高速運轉之前讓潤滑油充分潤滑軸承。所以剛啟動后千萬不能猛轟油門,以防損壞增壓器油封。
2、不能立即熄火。發動機長時間高速運轉后,不能立即熄火。發動機工作時,有一部分機油供給渦輪增壓器轉子軸承潤滑和用于冷卻的。正在運行的發動機突然停機后,機油壓力迅速下降為零,增壓器渦輪部分的高溫傳到中間,軸承支承殼內的熱量不能迅速帶走,而同時增壓器轉子仍在慣性作用下高速旋轉,因此,發動機熱機狀態下如果突然停機,會引起渦輪增壓器內滯留的機油過熱而損壞軸承和軸。所以發動機大負荷、長時間運行后,在熄火前應怠速運轉3-5min,讓增壓器轉子的轉速降下來以后再熄火。特別要防止猛轟幾腳油門后突然熄火。
3、 保持清潔。拆卸增壓器時,要保持清潔,各管接頭一定要用清潔的布堵塞好,防止雜物掉進增壓器內,損壞轉子。維修時應注意不要碰撞損壞葉輪,如果需要更換葉輪,應對其做動平衡試驗。重新裝復完畢后,要取出堵塞物。
4、由于增壓器經常處于高溫下運轉,它的潤滑油管線因受高溫作用,內部機油容易有部分的結焦,這樣會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞。因此,潤滑油管線在運行一段時間后要進行清洗。
5、經常注意檢查增壓器的運轉情況。在出車前、收車后,應檢查氣道各管的連接情況,防止松動、脫落而造成增壓器失效和空氣短路進入氣缸。
簡單來說,一具引擎會不停運轉而產生動力,是因為汽油進入燃燒室,與空氣混合形成油氣混合物后由火花塞點燃,燃燒中產生的壓力推動活塞產生動力,最后燃燒后的廢氣經由排氣閘門排出外界,然后循環造成的。
這個過程可分為四部分(即Otto-Cycle)
1.進氣沖程
2.壓縮沖程
3.燃燒(或動力)沖程
4.排氣沖程
具體的大家可參照初中物理課本(如果你們還有的話:P),在這里就不詳細說明了.值得一提的是轉子引擎,它也是在這個Otto-Cycle的規范而設計的引擎,但它的機械構造和其它的有很大不同,使得它能以小的排量產生大的動力。
如何提高引擎的效率呢?根據能量守恒定律,要增加引擎的效率,只能是用更多的能量了-進氣,壓縮,燃燒,排氣-工程師能做的也就是改進這四個部分.其中,TURBO 和 Super Charger都是針對進氣這個環節而設計的(其它除了排氣外,沒什么能大改的了,效果也不大)。
TURBO:
TURBO是利用排氣沖程所排放的廢氣,轉動它的Turbine(排氣轉子),當 Turbine到達一定轉速時,它帶動進氣轉子(Compressor)-兩者是同軸異室的-,強行吸進額外的空氣,所以普通引擎叫Natural aspiration(NA,自然進氣),因為TURBO是不自然進氣的,哈哈.
Super Charger:
Super Charger和TURBO的不同之處是,它的進氣轉子是經由皮帶,直接由引擎曲軸驅動,所以,對比TURBO,它是all the way(全程增壓),只要引擎一發動就有作用.
好了,我們開始對比一下兩者的利弊吧:
-價格:
在同一具引擎上,兩者差別不大(這是指一般的產品,同增壓性能而言,超高性能的則很難比較),所以價格通常不在考慮之列.
-效率:
這是TURBO最大優點,因為TURBO只是由廢氣驅動,相對比要由引擎驅動的Super Charger,它不用浪費部分引擎動力,也較經濟省油.
-延遲:
這是TURBO最大缺點(有名的TURBO Lag,渦輪遲滯效應),也是Super Charger的最大優點,因為要等到TURBO的Turbine到達一定轉速時(大概12000RPM)才能啟動Compressor工作,盡管所需時間很短,但是對于駕駛者來說,是很不舒服的感覺,試想,當你重踩油門過了1-2秒車子才突然沖出去,對車子的操作感都變差了吧?而Super Charger就像之前所說的,all the way,只要引擎開著就在工作,不會有任何的延遲.
-散熱:
因為TURBO的Compressor是在排氣管里面(很熱很熱的地方!)的,加上它超高速的運轉軸承(12000RPM以上耶!),由此而來的高溫高壓是不可避免的,因此需要采取如機油冷卻/水冷卻,機械開關/電腦泄壓的方式來保證車子安全.另外,幾乎所有的TURBO車上一定得有Intercooler(中央冷卻器)裝置.因為更多的空氣被壓縮后,溫度升高,密度降低,也就是含氧量減少(再回去翻翻物理書吧^^),燃燒效率降低,所以必須用Intercooler來冷卻空氣溫度.對于Super Charger問題就小多了,一般來說boost level(中文不知怎么翻譯,增壓級數?)在10psi(Pounds per Square Inch,磅/平方英寸)以下的是不用Intercooler的.
-噪音:
TURBO的構造決定了它所產生的噪音是小于Super Charger的,因為TURBO安于排氣管的Turbine起到了消聲的作用,而Super Charger...有些夸張的更將整套裝置外露于引擎蓋上方(參看FASTamp;FURIOUS-速度與激情里的那輛黑色Dodge Charger...),非常吵,但是很多人就是喜歡!
-動力輸出:
總體來說TURBO占優,Peak Power(峰值功率)TURBO要強于Super Charger,但高功率TRURBO需要改裝引擎的其它部分.
-安裝:
TURBO較復雜,因為要有部分要裝入排氣系統里面,還得加Intercooler什么的.
-穩定性:
一般來說Super Charger較好,TURBO車在熄火以后排氣管的轉子有可能因為仍然過熱產生很多問題,在此不多說.
總的說來,雙方各有利弊(lt;--廢話),究竟哪個好得具體到每輛車和每個人要求的不同.
渦輪增壓器(turbo)對汽車的動力性能無疑是十分重要的,能大幅度地提高發動機的動力,被認為是發動機的救世主。可惜的是,由于渦輪增壓器的滯后性太大,使渦輪增壓汽車的駕駛感覺極差。
最近,經過各個生產廠家的多方改進,渦輪增壓發動機的性能獲得了極大的提高,但結果仍然不理想。特別是在渦輪增壓器是否起作用時,駕車的感覺差異太大,而且二者之間的過渡極不圓滑,和自然進氣發動機相差太遠。
在準備購買渦輪增壓汽車時,每個購買者都必須注意這個問題。如果一意地追求大功率或大扭矩,購車之后大都要后悔。過去,渦輪增壓汽車曾經風行一時,許多狂熱的人甚至認為,沒有渦輪增壓器就根本不能算是汽車。現在,只有幾種特殊的汽車,還在裝用渦輪增壓器。由于渦輪增壓器的滯后性太長,限制了該裝置的廣泛應用。
當然,如果不追求駕車時的感覺,只希望有強大的功率或扭矩,這種人最好購買渦輪增壓汽車。反之,如果希望在日常駕車時能心情舒暢,獲得樂趣,最好還是購買非增壓的汽車。
-關于渦輪增壓裝置RPM的調校:
轉速RPM的高低是調校增壓系統的工作能力的。較低的轉速調校能使葉輪在停轉后,能更快地回到最佳工作狀態(比如換擋時);較高的轉速調校,能增加增壓裝置在高轉速提供的額外功率輸出。一般在彎道較多、緊湊的賽道用低轉速調校;在直線較長的高速賽道用高轉速調校為宜。
原理簡圖
渦輪增壓工作原理圖,紅色為高溫廢氣,藍色為新鮮空氣。