應個人讀者要求,本文針對不太了解汽車基礎知識的車主,主要講解汽車渦輪增壓技術的原理和優缺點。
有朋友會問,這樣的技術文章在網上唾手可得,為什麽要做這壹期的圖文?
究其原因,正是那些讀者所遇到的:“關於汽車渦輪增壓技術原理的技術文章,壹般都包含大量的專業術語,難以理解。它們看起來更像汽車維修學校的教材。。。。。。"
用另壹種通俗的解釋方式,這種圖文並茂的方式讓這類讀者輕松理解相關內容,掌握基礎理論,不只是紙上談兵,對車主朋友的日常生活是有益的。
序
不知道讀者有沒有註意到?
目前汽車市場上各品牌的自然吸氣發動機車型很少。隨著各國政府對汽車燃油經濟性和排放環保的要求越來越高,小排量渦輪增壓發動機幾乎完全占據了市場壟斷地位,自然吸氣發動機車型與我們漸行漸遠。
小排量渦輪增壓發動機不僅燃油經濟性優異,而且在排量有限的情況下,可以為車輛提供更多的動力輸出,這也是其逐漸取代傳統自吸發動機的主要原因。
“神秘的”渦輪增壓技術
渦輪增壓器的工作原理
枯燥的文字講解和分析總是枯燥的。本節通過作者精心制作的圖片和動畫,結合文字,用另壹種思維方式來分析,直觀的幫助大家理解它的工作原理。
渦輪增壓技術是通過渦輪增壓器來實現的,其內部精細結構復雜,但又不同於通常復雜的技術文章。在本章中,妳只需要知道三個專業術語:
1.渦輪
2.泵葉輪(也稱為葉輪)
3.渦輪泵輪軸* * *
作者將其概括為“兩輪壹軸”。請理解並記住這四個字。在這裏,妳已經學會了壹半的技術知識。
渦輪增壓器簡化結構圖
渦輪增壓器的◥物理截面
簡單來說,渦輪增壓就是強制進氣的壹種方式。專用壓氣機的泵葉輪由發動機廢氣驅動的渦輪帶動,在氣體進入發動機氣缸前對氣體進行預先壓縮,從而增加氣體進入氣缸的密度,減少氣體的體積,增加單位體積的氣體質量。
這樣可以在有限的氣缸容積內充入更多的空氣(有效助燃成分——氧氣),因此汽車燃油噴射系統可以噴射更多的燃油參與燃燒,從而達到大幅度提高發動機動力輸出性能的目的。
簡而言之,渦輪增壓器可以通過向汽車發動機註入更多的空氣來大大提高其發動機的功率輸出。
有些讀者可能會“抑郁”。沒關系。我們來看看下面的動畫。
渦輪增壓器◥動態工作圖
如果還有讀者不明白工作原理,筆者在此提出壹個形象的類比:
妳坐在舊爐子前,從爐子口往爐子裏吹氣。從某種意義上說,這是壹種強化燃燒的強制進氣操作。
當然,更形象地說,我們廣大農村普遍使用的推拉式風箱的實際工作原理更接近本文所說的渦輪增壓器,因為它的供氣管路相對密封,增壓供氣助燃效果明顯優於前者。
在這裏,人力為風箱提供動力,而渦輪增壓器中的渦輪由發動機的廢氣驅動。
作者在這裏總結為風車原理:渦輪機就像風車,只不過吹它的不是風,而是發動機燃燒產生的廢氣。渦輪在廢氣的驅動下,同步帶動“隔壁”的同軸葉輪(泵輪),將新鮮空氣壓縮到發動機內。請記住這個比喻,妳已經掌握了另壹半的知識(還記得另壹半嗎?“兩輪壹軸”)。所以掌握其他內容已經不成問題。
當駕駛員為了從發動機獲得更大的動力而深踩油門時,發動機轉速會急劇上升,隨之而來的是大量高速的發動機廢氣從排氣管中噴湧而出,布置在排氣管上方的渦輪會高速旋轉。
相應的,位於同壹軸上的壓氣機葉輪(泵葉輪)也會同步高速旋轉,從而將更多的新鮮空氣壓縮到發動機中。因為發動機可以接收更多的富氧空氣,ECU可以指令燃油供給系統噴射更多的燃油,為發動機高效燃燒,產生更多的動力創造條件。
這個循環可以讓渦輪增壓發動機穩定產生比自然吸氣發動機(同排量)高得多的輸出功率和扭矩!
通過以上的描述,相信妳已經了解了渦輪增壓器的基本工作原理。接下來,我們將通過學到的原理來解釋日常駕駛中的壹些常見現象。
我們每天開渦輪增壓發動機的時候,經常會感覺到駕駛員深踩油門加速的時候,感覺發動機的響應並不同步,仿佛需要短暫的猶豫等待發動機對妳的操作做出反應,越加速越覺得發動機不行。。。。。。
這其實就是渦輪增壓發動機的固有現象——渦輪遲滯。
原因是當發動機轉速瞬間升高時,其廢氣也急劇增加,而相應的廢氣渦輪由於慣性(還記得上面提到的“風車”理論)無法在第壹時間達到有效轉速,從而及時有效地驅動同軸位於進氣管內的壓氣機葉輪,快速補充大量空氣,因此發動機無法在第壹時間輸出該轉速下的最大功率(扭矩)。
當發動機處於低轉速區間時(比如車輛起步時),發動機排出的廢氣總量也較小,這壹點會更明顯。
無論采用什麽方法,渦輪遲滯現象永遠無法完全消除,但汽車工程師可以通過各種技術手段盡力降低其影響。(作者將在下面的圖文中向有基礎的讀者介紹更復雜的boosting技術。)
妳看,知道了原理,妳就很容易解釋發動機在日常駕駛中的很多性能了。
渦輪增壓系統的“冰箱”
重要的中間冷卻器
“中冷器”是讀者朋友們經常聽到的壹個“生澀”的技術名詞,但它的別名很好理解。
中冷器又稱中冷器或渦輪增壓空氣冷卻器,位於渦輪增壓器和發動機之間的“中間”,其作用是冷卻壓縮機引入的高溫高壓空氣。
為什麽要冷卻吸入的空氣?
我們知道,當發動機排出高溫(800攝氏度或更高)廢氣,註入渦輪驅動的泵輪(葉輪)輔助進氣時,整個裝置的工作溫度會很高。
所以壓縮機吸入的新鮮空氣必然會被加熱,任何物體受熱後都會膨脹,導致空氣密度急劇下降。
增加空氣密度和進氣量是渦輪增壓器的功能。再者,高溫壓縮空氣直接進入發動機,也會對其正常燃燒和工作帶來壹系列負面影響。
所以中冷器的冷卻功能必不可少!
◥渦輪增壓系統基本工作原理(動圖)
上圖是渦輪增壓發動機完整的基本工作原理。想必經過前面的介紹,讀者朋友們已經對渦輪增壓的原理有了充分的了解。
在此圖中,我們添加了新設備。是的,那是中冷器。
動圖生動地演示了壓縮機泵出的高溫壓縮空氣如何被中冷器冷卻後進入發動機燃燒室的全過程。
所以中冷器壹般安裝在車頭或發動機上方,這裏容易與外界空氣接觸,在行駛過程中通過高速“風撞”快速完成熱交換。
另外,有些渦輪增壓車為了提高散熱效率,采用液體(高效冷卻液或冷卻油)作為散熱介質,以獲得更好的散熱效果,但原理基本相同。
◥風冷中冷器
所以我們得出結論,中冷器分為兩種:風冷式和液冷式。
風冷中冷器通過氣流直接換熱,降低增壓氣體的溫度。
液冷中冷器通過液體(冷卻液或特種油)的流動和傳導來實現同樣的功能。
顯然,前者結構簡單,成本低;(維護成本低)
後者雖然成本高,結構相對復雜,但冷卻效果好。(維護成本高)
各位讀者朋友,寫到這裏,關於渦輪增壓器工作原理的講解其實已經結束了。短短兩章,渦輪增壓器與發動機配合工作的基本工作大綱已經基本勾勒出來。
接下來,我們就來輕松閱讀了解渦輪增壓發動機的優缺點。。。。。。
渦輪增壓發動機的優缺點
相比傳統的自然吸氣發動機,渦輪增壓發動機在動力性能、燃油經濟性等方面都有相當大的優勢,但這並不代表它沒有劣勢。渦輪增壓發動機的優點和缺點總結如下:
★優點:
1.與同排量的自然吸氣發動機相比,采用渦輪增壓技術,發動機的輸出功率和扭矩可大幅提高;
2.更好的燃油經濟性:在動力輸出相同的前提下,使用排量更小的渦輪增壓發動機,可以顯著降低平均油耗,提高燃油經濟性;
3.與其他增壓方式相比,渦輪增壓裝置利用發動機排出的廢氣作為增壓的驅動力,實際上是壹種能量回收,提高了發動機的整體效率;
4.它可以從較小排量發動機的低轉速狀態產生更大的功率和扭矩。
☆缺點:
1.長時間高速滿負荷運轉,燃油經濟性改善效果不明顯;
2.對燃料和潤滑油的高質量要求;
3.與自然吸氣發動機相比,渦輪增壓發動機增加了發動機系統的復雜性和可能出現的故障點,會導致發動機的可靠性略有下降。渦輪增壓系統對維護不當更敏感,維護成本更高;
4.與自然吸氣發動機相比,有些發動機總是有明顯的動態響應延遲(渦輪延遲)。與自然吸氣發動機相比,存在壹個非線性功率提升的問題(我們經常感知“功率突然增大”)。在壹些極端情況下(如越野或賽車),這種現象可能會影響輪胎的牽引性能和車輛的穩定性。
摘要
看完本期作者精心制作的圖文,相信讀者朋友們都能了解渦輪增壓發動機的基本工作模式。對於車主來說,這不僅是壹次愉快的理論學習,而且具有相當的實用價值!
看到這種大排量豪車或者改裝車的發動機艙,絕對不會再無所適從。
因為,不管發動機上有多少渦輪增壓裝置,它們的工作原理都是壹樣的。
或者,當妳的車出現“渦輪增壓器壓力低”的故障提示時,妳至少要明白問題出在發動機的什麽地方,也可能只是增壓管接頭松動導致的漏氣。
妳只需要擰緊關節,就可以重新上路了。。。。。。
現代渦輪增壓技術越來越成熟。隨著高科技制造業的快速發展,渦輪增壓發動機的性能越來越高,其可靠性也越來越高。
正因為如此,小排量渦輪增壓車型幾乎成為了當前車市的絕對主流。
從目前汽車發動機的演變趨勢來看,自然吸氣發動機即將告別輝煌,逐漸徹底退出歷史舞臺!
祝讀者朋友們乘車愉快!
本文來自車家作者汽車之家,不代表汽車之家立場。