汽车性能升级浅谈涡轮的那些事
2014-04-03 09:44 艾森ECU升级(北京运营中心)
嗯,在讲涡轮引擎之前,如果,大伙还不清楚引擎的运转方式,可以简单地回顾
一下四行程引擎运转原理^_^,我想你会发现凡是Otto-cycle的运转都一定脱
不了那四种运转方式,而要如何作出更高效率或更高性能的引擎设计呢?
除了物理学上必然的先天限制外(热力学第二定律)-人类不可能作出比Canot-cycle
更高效率的机械设计,那如何在四冲程引擎设计上得到更高性能的输出呢?
很不幸的,以物理的眼光来看,只有"再浪费更多与更多的能量"了:~
进气->压缩->动力->排气....如此的循环下去,工程师能作的改良,其实,
说破了也是针对这四个cycle作更有效的改善,而最多人去改善的就是其中的
"进气"这个步骤,因为它的效益最为明显!
例如:可变气门的设计,无论是BMW的VANOS或Honda的VTEC(SOHC)它们都是在进气
的凸轮轴上下功夫,想引进更多气体,让油气的混合空气能更多或更快速的交换,以
达到更高性能的输出;同样的Turbo引擎的发展目的也是如此!它们都想引进更多更多
的空气!而Mitsubishi的GDI设计则是对进气歧管与压缩的活塞头,甚至于是喷油头
位置与压力的调整,目的也是想进一步改善引擎爆炸燃烧的效率........
今天我们就针对Turbo引擎来介绍一下它设计的基本原理^_^
二.Turbo的原理:
涡轮增压原理就是利用引擎运转时所排出来的废气,用废气来转动涡轮增压器
中的排气侧转子(Turbine-上图中的右边部份),而排气侧转子与进气侧转子(Compressor)
是同轴异室(你可以想成是:两者在同一"棒子"的不同两边),当Turbine转子达到
一定转速时(约12000rpm左右)它带动另一侧的Compressor(图上的左边部份),使
Compressor转子引进外来的新鲜空气,经过压缩倒入进气歧管内,所以啰,Turbo车
的进气是非自然方式,是经过"吸进来,再压缩"所以空气压力是大于大气压力的,
也就是如此,说比一比Turbo与可变气门,这不太公平喔:)
三.随之而来的问题与改进之道:
1.高温与高压:
涡轮增压由于是超高转速地运转轴承,所以,随之而来的高温排除或增压过度的泄压
就很重要很重要了!目前常用的就是机油导入来润滑与冷却轴承,也有用水冷式的.
而过高的增压对引擎的压缩行程与动力(爆炸)行程发生时会造成伤害,所以,有机
械式地用空气压力作为开关或电子式地用电脑直接控制泄放压力的动作.
2.Intercooler:
我们都知道空气被压缩时,温度将升高,而较高温的气体其密度较低,含氧量减少,
燃烧的效率降低!所以啦,冷却空气温度就必须著手改善啦....
大部份的Turbo引擎(turbocharge或supercharge)都有配备中间冷却器(intercooler)
它有直接散热或水冷式的设计,使经过intercooler后的空气密度较大,含氧量增加,
可改善燃烧效率.
3.Turbo-lag:
为什么用红字呢?因为这是turbo引擎很难去避免的问题-涡轮迟滞效应!
turbolag是指在重踩油门时,到实际增压的时间差与突如其来的动力输出!
因为,由平常的引擎运转,在突然大踩油门到实际turbo作动时,是须要经过短短时间差
的,也许是0.5秒....,但是,直接带给驾驶人的感受是不太舒服的,怪怪的....
想想它发生的原因,就不难发现这是turbo引擎必须面对的问题,唯有的就是尽量去减
少或降低turbo-lag的效应,如:1.减少turbine与compressor的转动惯性,就是换成较
小的转子,即使是换成两个较小的转子,整个转动惯性还是较低的,所以有twin-turbo
或bi-turbo的设计出现;2.调降涡轮压力,如Saab,Volvo有生产低增压turbo,而缺点是
马力增加太少;3.使用密度较轻的增压器(目的同第1点,减少转动惯量),如:陶瓷涡轮
增压快.耐磨.耐高温(>1500C),缺点是易脆....etc.
四.Turbocharge vs. Supercharge之比较:
1.Turbocharge是涡轮增压,它是利用引擎废气涡流来推动转子叶轮,以吸进大量新鲜空
气送入进气歧管....(如上面说的就是指turbocharge)
2.Supercharge是较早以前的增压方式-叫机械增压,
supercharge的转子叶片是直接以皮带经由引擎曲轴驱动,也因此,引擎只要一发动
就有增压效果,so它也因此而较消耗部分的引擎动力...
基本上turbocharge跟supercharge都是用增加空气的效果而来增加动力!however,
两者驱动方式不同,而各有利弊...so它们也都各有新的解决之道....
如turbocharge因驱动转子叶片时,有一个时间差,这就是有名的turbo lag(如上述)
而supercharge目前已较少使用啦,however,那著名的Benz SLK就使用机械增压啦,
而改善的方法是多了一个电磁偶合开关(离合器),在一定转速以下那皮带是不会去
推动到转子叶片地,so就以这开关来解决传统的"恒时"增压方式...... ^_^
五.有无Turbo差在那?...
这就不用多做解释了.......此处省略一万字！
六.Turbo引擎在量产房车市场上的运用:
在市场上有turbo的车子还蛮多的呢!但有的一样是2.0升为什么有的有160hp,有的
竟多达240hp呢?因为它们的增压值不同,有的是轻增压(约0.4-0.6bar),如:Audi A4,
VW new Passat.....有的高增压到1.1bar以上,分析其中原因可能看出来turbo还是
对汽车上性能要求,分不同等级来达到;有的是用低增压turbo来增加它低转速时马力,
与扭力的不足;而中增压turbo可以兼顾高转速时的马力提升与低转速时强劲扭力..;
而高增压的turbo就针对性能迷,无论低转速,高转速,再加速的马力与扭力的输出都
有大排气量自然进气车的性能,例如:Audi A4,Saab 9000,Volvo S70 T5分别是不通
增压值的代表作,不同的诉求用不同的turbo,满足消费者多样的要求^_^
七.Turbo车的保养:
有人说Turbo车开没4或5年就差不多该换车了........
以前turbo没有延迟关避引擎运转以泄压的设计,使的不少劲驹英年早逝,现在几乎都
有这样的设计了,所以,对一般turbo车主最重要的是"常换引擎机油",要享受爱驹开turbo
飙起来的推背感,这样地照顾它是很重要的!一来是使机器保持较好的状况,再者可以
延长爱车的使用寿命.那到底多久呢?嗯,汽车手册上一定会写,不过是建议在4000km
就应该要去换机油,至少5000km一定要去换一次,且要选择自己爱车适合的黏度系数
的机油
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