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技术贴:一图看懂涡轮增压原理!

By 听听海 •  2018-05-13 18:02 •  8次点击 短消息

点击加入:中国汽车人通讯录大全【2018】


发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的,由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制,因此发动机所产生的功率也会受到限制,如果发动机的运行性能已处于最佳状态,再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量,从而提高发动机作功能力。


涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一。


如果在相同的单位时间里,能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸(燃烧室)进行压缩燃爆动作(小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气,提高容积效率),便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。情形就像你拿一台电风扇向汽缸内吹,硬是把风往里面灌,使里面的空气量增多,以得到较大的马力,只是这个扇子不是用电动马达,而是用引擎排出的废气来驱动。


一般而言,引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后,起码都能提升30%-40% 的额外动力,如此惊人的效果就是涡轮增压器令人爱不释手的原因。况且,获得完美的燃烧效率以及让动力得以大幅提升,原本就是涡轮增压系统所能提供给车辆最大的价值所在。


那涡轮增压器的工作原理到底是怎么样的呢?

首先发动机排出的废气,推动涡轮排气端的涡轮叶轮(上图右边),并使之旋转。由此便能带动与之相连的另一侧的压气机叶轮(左边)也同时转动。于是压气机叶轮就能把空气从进风口强制吸进,并经叶片的旋转压缩后,再进入管径越来越小的压缩通道作二次压缩,这些经压缩的空气温度会比直接吸入的高,需要通过中冷器进行降温之后再被注入汽缸内燃烧。如此重复即是涡轮增压器的工作原理。



节气门的作用


在发动机进气系统中主要有两大部件,一是空气滤清器,负责过滤空气中的杂质;二是进气管道,将空气引入到气缸中。在进气管中有个很重要的部件,就是节气门。



节气门主要的作用就是控制进入气缸的混合气量大小。我们开车时踩油门踏板的深浅,其实就是控制节气门开度的大小。油门踩得越深,节气门开度就越大,混合气进入量就越大,发动机的转速就会上升。



传统拉线油门是通过钢丝一端与油门踏板相连另一端与节气门相连,它的传输比例是1:1,这种方式控制精度不理想。而现在的电子节气门,是通过位置传感器,将踩踏油门动作的力量、幅度等数据传输到控制单元进行分析,总结驾驶者的意图,再由ECU计算实际节汽门开合度并发出指令控制节汽门电机工作,从而实现对节气门的精准控制。


进气歧管长度可变?


进气歧管内安装控制阀,通过它的打开和关闭,可以将进气歧管分为两段,从而改变它的有效长度。改变进气歧管的长度主要是为了提高发动机在不同转速时的进气效率,提升发动机在各个转速下的动力性能。


 排气歧管为什么“长”得奇形怪状的?


汽车的排气系统主要包括排气歧管、三元催化转化器、消声器和排气管道等。主要的作用就是将气缸内燃烧的废气排出到大气中。


我们看到的排气管大多都形状怪异,这种设计是为了最大限度地避免各缸排出的废气发生相互干涉或废气回流的现象,而影响发动机的动力性能。


涡轮增压是怎样增压的?


涡轮增压(Turbocharger)简称Turbo或T。平时我们在车尾看到诸如1.4T、2.0T等字样,说明这辆车的发动机是带涡轮增压的。



涡轮增压器主要由涡轮机和压缩机两部分组成,通过一根传动轴连接。涡轮的进气口与发动机排气歧管相连,排气口与排气管相连;压缩机的进气口与进气管相连,排气口则接在进气歧管上。通过发动机排出的废气冲击涡轮高速运转,从而带动同轴的压缩机高速转动,强制地将增压后的空气压送到气缸中。



涡轮增压主要是利用发动机废气的能量带动压缩机来实现对进气的增压,整个过程中基本不会消耗发动机的动力,拥有良好的加速持续性,但是在低速时涡轮不能及时介入,带有一定的滞后性。


机械增压又是怎样的?


机械增压(Supercharger)主要是通过曲轴的动力带动一个机械式的空气压缩机旋转来压缩空气的,但工作过程中会对发动机输出的动力造成一定程度的损耗。


由于机械增压器是直接由曲轴带动的,发动机运转时,增压器也就开始工作了。所以在低转速时,发动机的扭矩输出表现也十分出色,但是在发动机高速运转时,机械增压器对发动机动力的损耗也是很大的,动力提升不太明显。



双增压发动机是怎样工作的?


双增压发动机,顾名思义就是指一台发动机上装有两个增压器。如一台发动机上采用两个涡轮增压器,则称为双涡轮增压发动机。



针对废气涡轮增压的迟滞现象,排气管上并联两只同样的涡轮,在发动机低转速的时候,较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力,减小涡轮迟滞效应。


前面了解到,涡轮增压器在低转速时有迟滞现象,但高速时增压值大,发动机动力提升明显,而且基本不消耗发动机的动力;而机械增压器,是发动机运转直接驱动涡轮,没有涡轮增压的迟滞,但是损耗部分动力、增压值较低。一旦把它们结合一起就可以优势互补了。


双增压发动机示意图(涡轮增压器+机械增压器)


如大众高尔夫GT上装备的1.4升TSI发动机,设计师就把涡轮增压器和机械增压器结合到了一起。将机械增压器安装到发动机进气系统上,涡轮增压器安装在排气系统上,从而保证发动机在低速、中速和高速时都能有较好的增压效果。

  来源:汽修案例


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