帶你認識增壓發(fā)動機(3):渦輪增壓器
[太平洋汽車網(wǎng) 導購頻道]在上篇中,我們介紹了機械增壓這種古老的增壓形式。不過大家目前聽得最多的,當然是渦輪增壓了。渦輪增壓現(xiàn)在風頭正勁,歐美中級車已經(jīng)大規(guī)模使用并且向緊湊級車型延伸。關于渦輪增壓器,還是有很多有意思的話題的。
渦輪增壓器的來源
20世紀20年代,船舶開始配備渦輪增壓柴油發(fā)動機。第二次時間大戰(zhàn)期間,美國戰(zhàn)機也大量使用渦輪增壓,目的就是我們在第一篇提到的,解決戰(zhàn)機在高空吸入空氣量不足的問題,其中有不少都是“名機”:例如B-17空中堡壘、B - 24轟炸機、P - 38閃電和P - 47雷電這兩款戰(zhàn)斗機。
B-17空中堡壘
廢氣的能量
發(fā)動機在燃燒后的混合氣體叫做廢氣,不過這個廢氣其實其實還是蘊藏很大能量的。正常發(fā)動全負荷工作時的排氣溫度大概在750-900攝氏度。排氣壓力視乎發(fā)動機的工作狀態(tài)而定,但往往具有數(shù)倍的的大氣壓力值。這些廢氣在排氣門打開的瞬間,流速可以達到500-700m/s,這個動能是相當大的,不利用可就浪費了。
渦輪增壓器 原理很簡單 工藝極復雜
由于廢氣具備的能量依然很大,不用可就浪費了。因此工程師想到了利用廢氣的動能,就好比水電站利用水的沖擊力一樣,利用廢氣推動增壓器產(chǎn)生增壓效果,因而得名廢氣渦輪增壓。
渦輪增壓器的核心部件就是渦輪和壓氣機葉輪,這兩者是通過轉(zhuǎn)軸連接在一塊的。渦輪增壓器的工作很簡單,高壓廢氣沖擊渦輪使其高速旋轉(zhuǎn),同時也就帶動了葉輪高速轉(zhuǎn)動,葉輪就能高速壓縮空氣了。這個轉(zhuǎn)速非常高,現(xiàn)在車用渦輪增壓的轉(zhuǎn)速在12-20萬轉(zhuǎn)之間。
渦輪的作用是將廢氣的動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸的高速旋轉(zhuǎn),葉輪的作用是對空氣進行壓縮,因此兩者的形狀是完全不同的的,氣流的運動方向也完全不一致。由于渦輪承受的是發(fā)動機高溫高壓的廢氣,所以對材料的要求極高。
渦輪增壓器的優(yōu)勢
渦輪增壓器的動力來源于高溫高壓廢氣,因此不會額外消耗發(fā)動機自身功率,這和機械增壓器會消耗發(fā)動機7%功率的情況是完全不一樣的。此外,渦輪增壓器直接連接在排氣管上,結(jié)構緊湊。
“壓力越大,動力越大”這是渦輪增壓的真實寫照。上篇我們提到過的機械增壓器增壓值一般在0.5bar以下(以后數(shù)據(jù)都以bar為單位),并且隨著轉(zhuǎn)速的提升消耗發(fā)動機的功率也越多。但渦輪增壓完全沒有這樣的缺點,反而會因為轉(zhuǎn)速的上升而更具威力。因為隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高,排氣壓力也會越來越大,沖擊渦輪的力量也更大,整個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將會快速上升,壓氣葉輪也能高速轉(zhuǎn)動起來。
渦輪增壓則很容易超過1bar的增壓值,例如高爾夫R能達到1.3。不少改裝車經(jīng)過缸體強化和電腦調(diào)教之后也能夠輕易實現(xiàn)1.5的高增壓值,例如十代翼豹STI原廠增壓值0.9,調(diào)整發(fā)動機電腦后能夠輕易達到1.5。不過我們一般購買的家用非性能車,例如家用的高爾夫1.4T,君威2.0T,增壓值都遠低于1,一般在0.3-0.5之間,這樣可以平衡性能、油耗和發(fā)動機的壽命。從中看出,渦輪增壓比機械增壓的增壓值高得多,相應而獲得的發(fā)動機功率提升也更大。
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