1 渦輪增壓的名詞解釋
渦輪增壓,是一種利用內燃機(Internal Combustion Engine)運作所產(chǎn)生的廢氣驅動(dòng)空氣壓縮機(Air-compressor)的技術(shù)。與超級增壓器(機械增壓器, Super-Charger)功能相若,兩者都可增加進(jìn)入內燃機或鍋爐的空氣流量,從而令機器效率提升。常見(jiàn)用于汽車(chē)引擎中,透過(guò)利用排出廢氣的熱量及流量,渦輪增壓器能提升內燃機的馬力輸出。
2 渦輪增壓的增壓目的
渦輪增壓的主要作用就是提高發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣量,從而提高發(fā)動(dòng)機的功率和扭矩,讓車(chē)子更有勁。一臺發(fā)動(dòng)機裝上渦輪增壓器后,其最大功率與未裝增壓器的時(shí)候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著(zhù)同樣一臺的發(fā)動(dòng)機在經(jīng)過(guò)增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。就拿我們最常見(jiàn)的1.8T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機來(lái)說(shuō),經(jīng)過(guò)增壓之后,動(dòng)力可以達到2.4L發(fā)動(dòng)機的水平,但是耗油量卻比1.8發(fā)動(dòng)機并不高多少,在另外一個(gè)層面上來(lái)說(shuō)就是提高燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。
3 渦輪增壓的負面影響
不過(guò)在經(jīng)過(guò)了增壓之后,發(fā)動(dòng)機在工作時(shí)候的壓力和溫度都大大升高,因此發(fā)動(dòng)機壽命會(huì )比同樣排量沒(méi)有經(jīng)過(guò)增壓的發(fā)動(dòng)機要短,而且機械性能、潤滑性能都會(huì )受到影響,這樣也在一定程度上限制了渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動(dòng)機上的應用。
4 渦輪增壓的增壓原理
最早的渦輪增壓器用于跑車(chē)或方程式賽車(chē)上的,這樣在那些發(fā)動(dòng)機排量受到限制的賽車(chē)比賽里面,發(fā)動(dòng)機就能夠獲得更大的功率。所周知,發(fā)動(dòng)機是靠燃料在汽缸內燃燒做功來(lái)產(chǎn)生功率的,由于輸入的燃料量受到吸入汽缸內空氣量的限制,因此發(fā)動(dòng)機所產(chǎn)生的功率也會(huì )受到限制,如果發(fā)動(dòng)機的運行性能已處于最佳狀態(tài),再增加輸出功率只能通過(guò)壓縮更多的空氣進(jìn)入汽缸來(lái)增加燃料量,從而提高燃燒做功能力。因此在目前的技術(shù)條件下,渦輪增壓器是唯一能使發(fā)動(dòng)機在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機械裝置。
大家可能會(huì )覺(jué)得渦輪增壓裝置非常復雜,其實(shí)并不復雜,渦輪增壓裝置主要是由渦輪室和增壓器組成。首先是渦輪室的進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機排氣歧管相連,排氣口則接在排氣管上。然后增壓器的進(jìn)氣口與空氣濾清器管道相連,排氣口接在進(jìn)氣歧管上,最后渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內,二者同軸剛性聯(lián)接。這樣一個(gè)整體的渦輪增壓裝置就做好,你的發(fā)動(dòng)機就好像電腦CPU一樣被“超頻”了。
我們平常所說(shuō)的渦輪增壓裝置其實(shí)就是一種空氣壓縮機,通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣量,一般來(lái)說(shuō),渦輪增壓都是利用發(fā)動(dòng)機排出的廢氣慣性沖力來(lái)推動(dòng)渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來(lái)的空氣,使之增壓進(jìn)入汽缸。當發(fā)動(dòng)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(jìn)入汽缸,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(fā)動(dòng)機的轉速,就可以增加發(fā)動(dòng)機的輸出功率了。
5 渦輪增壓的增壓類(lèi)型
●機械增壓系統:這個(gè)裝置安裝在發(fā)動(dòng)機上并由皮帶與發(fā)動(dòng)機曲軸相連接,從發(fā)動(dòng)機輸出軸獲得動(dòng)力來(lái)驅動(dòng)增壓器的轉子旋轉,從而將空氣增壓吹到進(jìn)氣岐道里。其優(yōu)點(diǎn)是渦輪轉速和發(fā)動(dòng)機相同,因此沒(méi)有滯后現象,動(dòng)力輸出非常流暢。但是由于裝在發(fā)動(dòng)機轉動(dòng)軸里面,因此還是消耗了部分動(dòng)力,增壓出來(lái)的效果并不高。
●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(gè)裝置比較笨重,不太適合安裝在體積較小的轎車(chē)里面。
●廢氣渦輪增壓系統:這就是我們平時(shí)最常見(jiàn)的渦輪增壓裝置了,增壓器與發(fā)動(dòng)機無(wú)任何機械聯(lián)系,實(shí)際上是一種空氣壓縮機,通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動(dòng)機排出的廢氣慣性沖力來(lái)推動(dòng)渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來(lái)的空氣,使之增壓進(jìn)入氣缸。當發(fā)動(dòng)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(jìn)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(fā)動(dòng)機的輸出功率。一般而言,加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)動(dòng)機功率及扭矩要增大20%—30%。但是廢氣渦輪增壓器技術(shù)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(fā)動(dòng)機排出的廢氣驅動(dòng)泵輪,泵輪帶動(dòng)渦輪旋轉,渦輪轉動(dòng)后給進(jìn)氣系統增壓。增壓器安裝在發(fā)動(dòng)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(shí)轉子的轉速非常高,可達到每分鐘十幾萬(wàn)轉,如此高的轉速和溫度使得常見(jiàn)的機械滾針或滾珠軸承無(wú)法為轉子工作,因此渦輪增壓器普遍采用全浮動(dòng)軸承,由機油來(lái)進(jìn)行潤滑,還有冷卻液為增壓器進(jìn)行冷卻。
●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(shí)的扭力輸出,但是高轉速時(shí)功率輸出有限;而廢氣渦輪增壓在高轉速時(shí)擁有強大的功率輸出,但低轉速時(shí)則力不從心。發(fā)動(dòng)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(lái)解決兩種技術(shù)各自的不足,同時(shí)解決低速扭矩和高速功率輸出的問(wèn)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(chē)型還比較少,大眾的1.4 TSI發(fā)動(dòng)機(這款發(fā)動(dòng)機兼顧了低速扭力輸出和高速功率輸出。在低轉速時(shí),由機械增壓提供大部分的增壓壓力,在1 500rpm時(shí),兩個(gè)增壓器同時(shí)提供增壓壓力。隨著(zhù)轉速的提高,渦輪增壓器能使發(fā)動(dòng)機獲得更大的功率,與此同時(shí),機械增壓器的增壓壓力逐漸降低。機械增壓通過(guò)電磁離合器控制,它與水泵集合在一起。在轉速超過(guò)3500rpm時(shí),由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力,此時(shí)機械增壓器在電磁離合器的作用下完全與發(fā)動(dòng)機分離,防止消耗發(fā)動(dòng)機功率)采用了這一系統。其發(fā)動(dòng)機輸出功率大、燃油消耗率低、噪聲小,只是結構太復雜,技術(shù)含量高,維修保養不容易,因此很難普及。
6 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機的詳解
渦輪增壓發(fā)動(dòng)機是依靠渦輪增壓器來(lái)加大發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣量的一種發(fā)動(dòng)機,渦輪增壓器(Turbo)實(shí)際上就是一個(gè)空氣壓縮機。它是利用發(fā)動(dòng)機排出的廢氣作為動(dòng)力來(lái)推動(dòng)渦輪室內的渦輪(位于排氣道內),渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪位于進(jìn)氣道內,葉輪就壓縮由空氣濾清器管道送來(lái)的新鮮空氣,再送入氣缸。當發(fā)動(dòng)機轉速加快,廢氣排出速度與渦輪轉速也同步加快,空氣壓縮程度就得以加大,發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣量就相應地得到增加,就可以增加發(fā)動(dòng)機的輸出功率了。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機的最大優(yōu)點(diǎn)是它可在不增加發(fā)動(dòng)機排量的基礎上,大幅度提高發(fā)動(dòng)機的功率和扭矩。一臺發(fā)動(dòng)機裝上渦輪增壓器后,其輸出的最大功率與未裝增壓器相比,可增加大約40%甚至更多。
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