深入淺出話增壓

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1、增壓技術(shù)一直是賽車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要技術(shù),增壓車輛在保持車身重量較輕的情況下大幅提升了動(dòng)力,功率/重量比非常高,有助于提高競(jìng)技成績(jī)。在民用汽油車中,增壓方案可以提升燃油經(jīng)濟(jì)性,改善排放,增加海拔適應(yīng)能力,同時(shí)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)成本較大排量自然進(jìn)氣低很多,應(yīng)用范圍有逐步擴(kuò)大的趨勢(shì)。本文從一些獨(dú)特的角度來(lái)分析汽油機(jī)增壓技術(shù),闡述增壓原理和具體實(shí)現(xiàn)方案,通俗易懂是本文的訴求。文中配圖基本為轉(zhuǎn)貼,不再聲明。一.增壓概述現(xiàn)代汽油發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)吸氣方法可分為自然進(jìn)氣(NaturalAspirated)和強(qiáng)制進(jìn)氣(ForcedIn

2、duction),這兩種進(jìn)氣的關(guān)鍵區(qū)別是氣缸進(jìn)氣壓力,前者始終低于環(huán)境氣壓,后者可以高于環(huán)境氣壓。自然進(jìn)氣(NA)的車型占了民用汽車的絕大部分,增壓早期主要用于競(jìng)技車輛,隨著技術(shù)的逐步成熟,民用車輛越來(lái)越多的采用了增壓技術(shù)。在增壓方案中,處于主流的是廢氣渦輪增壓(Turbocharge)和機(jī)械增壓(Supercharge),雖然兩種方案的目的都是提高進(jìn)氣壓力,但前者的增壓動(dòng)力來(lái)自排氣能量,后者來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸,動(dòng)力獲取的區(qū)別形成了兩種增壓不同的“性格”。點(diǎn)擊查看原圖(31.08KB)2010-02-23

3、11:32??????????????渦輪增壓器解剖圖點(diǎn)擊查看原圖(42.02KB)2010-02-2311:33????????????????????????機(jī)械增壓器解剖圖二.氣體密度的意義為什么提高進(jìn)氣壓力可以提升動(dòng)力呢?這是因?yàn)榈韧帕肯職飧走M(jìn)氣壓力越大,進(jìn)入氣缸的空氣也就越多,可以完全燃燒的汽油也同步增加,動(dòng)力因此提升了,所以增壓的本質(zhì)是提升缸內(nèi)氣體密度。氣體密度對(duì)自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)影響無(wú)時(shí)無(wú)刻不存在,溫度每上升2.5度,發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降1%;海拔每上升300米,發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降1%,溫度和海拔是

4、自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的外界影響因素。然而引入增壓技術(shù)后,空氣不再是“吸入”氣缸,而是“壓入”氣缸,所以增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)溫度和海拔的依賴明顯低于自然進(jìn)氣類型。可變氣門技術(shù)雖然不屬于強(qiáng)制進(jìn)氣,但同樣提升了缸內(nèi)氣體密度,也可以算作一種特殊的增壓技術(shù)。三.渦輪增壓基本結(jié)構(gòu)點(diǎn)擊查看原圖(39.99KB)2010-02-2311:36??????????????渦輪增壓氣路??上圖表示渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣通路,缸體左邊的氣門是排氣門,右邊的是進(jìn)氣門,紅色是廢氣流,藍(lán)色是新鮮空氣流。自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣通道很簡(jiǎn)單,空濾過(guò)

5、后直接進(jìn)入進(jìn)氣歧管,而增壓發(fā)動(dòng)機(jī)空氣首先是通過(guò)空濾進(jìn)入渦輪的壓縮機(jī)(Compressor),經(jīng)過(guò)壓縮以后氣體溫度會(huì)上升,熱空氣然后流向中央冷卻器(Intercooler),冷卻后的空氣通過(guò)進(jìn)氣歧管進(jìn)入進(jìn)氣門??諝膺M(jìn)入缸體與汽油燃燒后高溫高壓的廢氣由排氣門排除,廢氣直接流入渦輪的渦輪機(jī)(Turbine),吹動(dòng)渦輪機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)后進(jìn)入排氣系統(tǒng)。渦輪增壓器無(wú)疑是該系統(tǒng)的核心。??從這個(gè)圖可以看出,增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣與排氣系統(tǒng)通過(guò)渦輪增壓器直接耦合在一起了,而且進(jìn)氣與排氣形成了一個(gè)正反饋系統(tǒng),即進(jìn)氣流量增加導(dǎo)致排

6、氣流量更大,排氣流量增加又繼續(xù)助推進(jìn)氣流量增加,多么可怕的一個(gè)系統(tǒng)啊。當(dāng)然這個(gè)反饋是在控制下進(jìn)行的,這就是增壓控制的內(nèi)容。四.動(dòng)力,從來(lái)都不是問(wèn)題??經(jīng)常聽(tīng)到人們談?wù)摷友b渦輪后動(dòng)力提升至200匹、300匹,甚至500匹,仿佛增壓一直就是一場(chǎng)馬力競(jìng)賽,其實(shí)雖然最大功率是增壓的一個(gè)重要指標(biāo),但對(duì)于每天都在路上跑的車來(lái)說(shuō)究竟好不好開(kāi)才是增壓的關(guān)鍵訴求,單純比功率大小本質(zhì)上就是在比增壓值的高低,在無(wú)視發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的情況下國(guó)外上千匹的改裝案列也并不罕見(jiàn)。??在原裝渦輪增壓車型上,我們并沒(méi)有看到增壓值這個(gè)關(guān)鍵參數(shù),

7、或許這只是汽車廠家的慣例而已,但拿不同廠家的同排量增壓車來(lái)比較功率、扭矩似乎是大家津津樂(lè)道的話題,大眾的2.0T200匹,新君威2.0T220匹,好像新君威的技術(shù)含量就比大眾的高一樣,但他們的增壓值到底是不是一樣呢?這個(gè)好像從來(lái)沒(méi)人關(guān)注過(guò)了。??增壓值的測(cè)量非常簡(jiǎn)單,安裝一只進(jìn)氣壓力表既可知道,圖中的增壓值為0.4BAR。點(diǎn)擊查看原圖(51.39KB)2010-02-2311:39五.怎樣選擇渦輪增壓器??到底如何選擇渦輪增壓器呢?以下幾個(gè)參數(shù)是選擇渦輪增壓器的關(guān)鍵,盡管不想提及任何公式,但離開(kāi)他們實(shí)

8、在無(wú)法說(shuō)清問(wèn)題。1.性能圖(PerformanceMap)點(diǎn)擊查看原圖(87.21KB)2010-02-2311:45??????????????Garrett渦輪性能圖??上圖所示為蓋瑞特4294渦輪的性能圖,橫坐標(biāo)為通過(guò)渦輪壓縮機(jī)(Compressor)的空氣流量,縱坐標(biāo)為壓力比。圖中閉環(huán)曲線為等效率線,越到中央效率越高,最高處為最大效率島,圖中的最高效率為80%。與等效率線相交的曲線為渦輪轉(zhuǎn)速,可以看出渦輪的轉(zhuǎn)速動(dòng)輒就超過(guò)10萬(wàn)轉(zhuǎn),這也是小小渦輪能

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