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涡轮增压原理探讨(组图)

http://www.sina.com.cn  2007年07月13日 08:03  汽车导报
      撰文:谢宗桓、陈刚
      图片:谢宗桓、文靖、章懿哲、陈刚

      使用涡轮增压发动机的车型现在越来越多,到底什么是涡轮增压发动机,它的基本结构和工作理又如何呢?现在坊间越来越多车迷朋友知道涡轮增压可以提升动力,但却不知道它是如何完成,如果要改装又应如何改动?一切的一切,我们都需要从涡轮增压系统的基本原理谈起。

发动机示意图

      影响发动机动力输出的原因有很多,但其中最重要的,莫过于如何把更多的空气塞进汽缸,提高容积效率(更多的空气将带来更大的动力)。排量为3000cc 的引擎所能够产生的马力与扭矩,在理论上必然会比相同设计的2000cc 引擎来得大。那么如何把2.0L 汽缸内的容积效率提升到接近甚至超过3.0L 呢?

      NA动力提升方法

      一般的NA(自然进气)发动机的做法,逃不开加大节气门口径,或换多喉直喷等,使高转速时可以在同油门深度下,获得更多的空气量。但这种方法在某一转数后,作用就有限了。毕竟NA 发动机的空气是靠真空吸入的。在汽缸容积固定不变的情况下,真空吸入空气有一个相对的限度。

      有的NA 发动机改用高角度凸轮轴(Hi Cam,借此增加进排气门重叠角度),可以在高转速下获得高动力,但缺点是低转的扭矩较差,而且如果角度过大,会有发动机怠速不稳的现象。所以现在不少的新车都用上可变气门正时技术,再配合可变凸轮轴等技术(如VVTL-i、i-VTEC、MIVEC)……以期在低转扭矩和高转马力之间取得很好的平衡。

      但即便是用尽以上方法,发动机的进气效率顶多提高60%。NA 发动机始终无法避免其宿命——空气是被动地被吸入汽缸内的。也就是说,引擎所需的空气完全依靠活塞下行时产生的负压而进入,即便汽缸吸满了空气,缸中气压也就小于或等于一个大气压。所以NA 发动机的升功率始终远不如能将空气与燃油强制送入的汽缸中,可轻松获得一倍以上马力的增压发动机。

      涡轮增压系统原理解构

      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。涡轮增压利用废气驱动,基本没有额外的能量损耗(对发动机没有额外的负担),便能轻易地创造出大马力,是非常聪明的设计。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。

      该系统包括涡轮增压器、中冷器、进气旁通阀、排气旁通阀及配套的进排气管道。

      涡轮增压系统如何工作?

      我们希望用以下简单的步骤让你明白涡轮增压的工作顺序,从而便能清楚了解涡轮增压系统的工作原理。

      一,发动机排出的废气,推动涡轮排气端的涡轮叶轮(Turbine Wheel)②,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(Turbine Wheel) ③也同时转动。

      二,压气机叶轮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,这些经压缩的空气被注入汽缸内燃烧。

      三,有的发动机设有中冷器,以此降低被压缩空气的温度、提高密度,防止发动机产生爆震。

      四,被压缩(并被冷却后)的空气经进气管进入汽缸,参与燃烧做功。

      五,燃烧后的废气从排气管排出,进入涡轮,再重复以上(一)的动作。

涡轮增压的工作顺序

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