汽车动力滞后之涡轮迟滞如何产生的,咋改善?
2017-07-27 08:03 艾森ECU升级(北京运营中心)
一般来说,涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮带动同轴的叶轮,叶轮压缩输送由空气滤清器管道来的空气,使之增压之后进入气缸。当发动机转速增快,废气的排出速度与涡轮转速也同步增快,叶轮又压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可以使更多的燃料充分燃烧,相应的增加燃料量和调整一下发动机的转速,就可以实现增加发动机的输出功率和扭矩了。
不少人买了涡轮增压的汽车的朋友们经常会有这样的感觉:正想要加速时,一脚踩油门到底,会有一秒多的延迟,然后转速再上来,速度再上去,给人一种汽车“动力不足”的感觉。从专业角度上讲,这就是涡轮迟滞现象。对于涡轮迟滞现象的影响因素有很多,主要包括发动机排量、涡轮大小、进气损失和排气背压等因素。如果发动机的排量很小,那么产生的废气量也较小,进而推动涡轮旋转就越困难;对于涡轮的大小而言,涡轮越大其质量就愈大,废气越不容易推动涡轮转动达到最佳的旋转速度;另外排气背压所产上的压力也会阻碍涡轮旋转,造成涡轮迟滞现象的产生。
涡轮为进气管路建立所需压力的这个过程可以类比于吹气球(准确的说是在吹有点漏气的气球),你是无法在不耗费任何时间的情况下将气球吹到想要的大小,能做的无非是将这个过程所耗费的时间尽可能缩短,于是一些减轻涡轮迟滞效应的各种技术应运而生,我们首先从废气管路也就是涡轮增压器上游开始说起。
缸内集成式排气歧管可缩短排气管与涡轮增压器之间的距离,让涡轮响应更迅速,排气效率更高。另外,单涡轮双涡管设计能有效缓解低速时的迟滞性,使得发动机峰值扭矩的爆发更早。主要是因为该系统将发动机排气管道按点火时刻相邻的气缸排气管道分成两组分别推动涡轮工作,具有更强的脉冲增压。说完了管路我们再从涡轮结构本身入手,看看都有哪些方法减轻涡轮迟滞。
小涡轮因其质量轻惯性小在发动机低转速时的响应非常好,很多汽车厂商都会选择小涡轮来减轻涡轮迟滞现象。不过,使用小涡轮也有它的缺点:当发动机高转速时,小涡轮由于排气截面较小,会使排气阻力增加(产生排气回压),因此发动机最大功率和最大扭矩会受到一定的影响
为了让涡轮增压发动机在高低转速下都能保证良好的增压效果,可变截面涡轮技术应运而生。其核心部分就是可调涡流截面的导流叶片,从图上我们可以看到,涡轮的外侧增加了一环可由电子系统控制角度的导流叶片,从而调节涡轮排气侧入口处最窄的横切面积(A);再引入一个概念R——指入口处最窄的横切面积的中心点到涡轮本体中心点的距离,A/R值直接决定了涡轮的特性。
当A/R值越小时,废气通过涡轮的流速较高,可以有效减轻涡轮迟滞,涡轮也就能在较低的转速区域取得较高的增压,而发动机高转速时则会产生较大的排气背压,使高转速时功率受到限制。当A/R值越大时,涡轮的响应速度就越慢,低转速时涡轮迟滞明显,而在高转速时,拥有较小的排气背压,且能够更好的利用排气能量,从而获得更强的动力表现。
机械增压的动力来自于发动机曲轴,相比于涡轮增压它不用等待废气的推动因而没有任何迟滞现象,尤其擅长低速高扭,其特性更像自然吸气,线性、平顺。然而机械增压在高转速时会产生大量的摩擦,影响到转速的提高,噪音较大。这么看来,机械增压的特性正好可以与涡轮增压优势互补,规避各自的短板。
对于涡轮迟滞现象不能消除,只能尽量减小,通常有以下几个方法。1、对于涡轮的大小而言,通常可以采用减小涡轮质量的办法减小涡轮迟滞现象,但是涡轮太小了,在较高引擎速度下产生的回压,会明显削弱涡轮增压的性能;2、采用双涡轮增压技术,在发动机转速较低时,低速涡轮单独工作,当发动机转速增高时,高速涡轮工作,可以使得进气效率大幅提升,增压效果更加显著。3、采用可变截面的涡轮增压器,即在发动机排气管出口与涡轮入口之间装置可变的“喉口”,通过改变口的大小实现发动机与增压器之间的相互匹配,以削弱涡轮迟滞。