汽车涡轮增压技术

涡轮增压技术(Turbo)是一种提高发动机的进气能力的技术。一般来说,如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T,即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。譬如奥迪A6的1.8T,帕萨特1.8T,宝来1.8T等等。应用涡轮增压技术来提升发动机的功率,已经有30多年的历史了。1998年以后,国内的汽车制造厂也开始使用Turbo技术。尤其是南、北大众出的汽车,比如AudiA6/1.8t。


 中文名  涡轮增压技术  外文名  Turbo
 目    的  提高发动机进气量  类    型  机械增压系统

涡轮增压器是一种利用内燃机运作所产生的废气通过由定子和转子组成的结构驱动之空气压缩机(Air-compressor)。与机械增压器功能相若,两者都可增加进入内燃机或锅炉的空气流量,从而令机器效率提升。常见用于汽车引擎中,透过利用排出废气的热量及流量,涡轮增压器能提升内燃机的马力输出,部分车辆在设计时采用涡轮增压器并非为了增加发动机功率,而是透过涡轮增压器搭配较小汽缸容积的发动机,在不牺牲引擎输出性能的前提下(与自然进气发动机相比)来提升燃油的经济性与环保性。

一般车用内燃机在加装增压器后重量都会增加,所用作克服惯性的能量会上升。因涡轮增压器大部分时间都是利用引擎排出之废气作为其动力来源,相较于由引擎曲轴(Crankshaft)驱动之机械增压器具有优势。但因引擎处于低转数运作时,所排放废气流量较低,因此涡轮增压器在叶片转数达不到最低要求时,增压表现并不如机械增压器理想,而出现涡轮迟滞(Turbo-Lag)现象。但随着科技发展,涡轮增压器已实现提早介入,以提高低转速时发动机效率。

什么是汽车涡轮增压技术_涡轮增压技术Turbo工作原理

机械增压系统

机械增压系统:这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接,从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转,从而将空气增压吹到进气岐道里。其优点是涡轮转速和发动机相同,因此没有滞后现象,动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴里面,因此还是消耗了部分动力,增压出来的效果并不高。

气波增压系统

气波增压系统:利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统增压性能好、加速性好但是整个装置比较笨重,不太适合安装在体积较小的轿车里面。

废气涡轮增压系统

废气涡轮增压系统:这就是我们平时最常见的涡轮增压装置了,增压器与发动机无任何机械联系,实际上是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。它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,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。当发动机转速增快,废气排出速度与祸轮转速也同步增快,叶轮就压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言,加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%—30%。但是废气涡轮增压器技术也有其必须注意的地方,那就是泵轮和涡轮由一根轴相连,也就是转子,发动机排出的废气驱动泵轮,泵轮带动涡轮旋转,涡轮转动后给进气系统增压。增压器安装在发动机的排气一侧,所以增压器的工作温度很高,而且增压器在工作时转子的转速非常高,可达到每分钟十几万转,如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作,因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承,由机油来进行润滑,还有冷却液为增压器进行冷却。

复合增压系统

复合增压系统:即废气涡轮增压和机械增压并用,机械增压有助于低转速时的扭力输出,但是高转速时功率输出有限;而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出,但低转速时则力不从心。发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起,来解决两种技术各自的不足,同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。这种装置在大功率柴油机上采用比较多,汽油机上采用双增压系统(复合增压系统)的车型还比较少,大众的1.4 TSI发动机(这款发动机兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。在低转速时,由机械增压提供大部分的增压压力,在1 500rpm时,两个增压器同时提供增压压力。随着转速的提高,涡轮增压器能使发动机获得更大的功率,与此同时,机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制,它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时,由涡轮增压器提供所有的增压压力,此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离,防止消耗发动机功率)采用了了这一系统。其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小,只是结构太复杂,技术含量高,维修保养不容易,因此很难普及。

涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量,从而提高发动机的功率和扭矩,让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后,其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说,经过增压之后,动力可以达到2.4L发动机的水平,但是耗油量却比1.8发动机并不高多少,在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。

涡轮增压这个原本多用于柴油发动机的技术忽然在国产中高档轿车中热了起来。先是奥迪A6 1.8T热销,而后又传出上海帕萨特B5也将采用1.8T涡轮增压发动机的消息。

那么,究竟什么是涡轮增压技术,应用这一技术的发动机有哪些好处?为更直观地说明这个问题,我们将同为奥迪A6匹配1.8T、1.8、2.4三种发动机做一个比较。

严格地讲,这三种发动机并没有可比性。同是奥迪公司精心设计的具有世界先进水平的发动机,1.8T和1.8为直列4缸发动机,而2.4为V型6缸发动机,结构不同。但我们仅想通过发动机功率、扭矩曲线等表象,反映出涡轮增压发动机的优缺点。

涡轮增压的最大优点是可提高发动机的功率和扭矩。

涡轮增压的优点是显而易见的,它可在不增加发动机排量的基础上,大幅度提高功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后,其输出的最大功率与未装增压器的相比,可增加大约40%甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率,或者说,一台小排量的发动机经增压后,可以产生较大排量发动机相同的功率。另外,发动机在采用了增压技术后,还能提高燃油经济性和降低尾气排放。

汽油机采用涡轮增压技术有一定难度。

凡事有利就有弊,涡轮增压也不例外。发动机在采用废气涡轮增压技术后,工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高,从而使发动机的机械性能、润滑性能都会受到影响。

为了保证增压发动机在较高的机械负荷和热负荷条件下,能可靠耐久地工作,必须在发动机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面作必要的改变,而不是简单地在发动机上装一个增压器就行了。由于这个改变过程在实行中难度颇大,而且还要考虑增压器与发动机的匹配问题,因此在一定程度上也限制了废气涡轮增压技术在发动机上的应用。

相对来说,废气涡轮增压器与柴油机配合运行时,涡轮机允许工作的范围较广,高效率范围也较宽,在配合运行中产生的问题较少,所以废气涡轮增压技术在柴油机应用的比较多。而对于汽油机在增压后,提高了缸内混合气压缩和燃烧气体的温度和压力,提高了燃烧室受热零件的热负荷,很容易产生爆震。这也就是增压技术在汽油机上得不到广泛应用的主要原因。

-比较:奥迪A61.8T比1.8功率大,但比2.4起步慢

奥迪A6 1.8T的发动机在其动力输出上就充分体现了废气涡轮增压技术的优势。由其功率——扭矩曲线图可以看出,随着发动机转速的提高,其功率逐渐增大,在5700转/分钟时达到最大值110千瓦。这与未装增压器的1.8升发动机相比,最大功率提高了大约20%。观察其扭矩变化,在低转速时(1750转/分钟以下)发动机具有良好的扭矩特性。在1750转/分钟时,发动机输出最大扭矩210 N.m,并在1750~5700转/分钟之间一直保持这个最大扭矩,这一点与未装增压器的发动机有所不同。与奥迪A6 1.8相比,安装增压器后,其最大扭矩增加了25%。

奥迪A6 2.4的发动机排量比1.8T的要大许多,而其最大功率和最大扭矩却相差不多。但是从曲线图中不难看出,在低转速时,1.8T的扭矩和功率要比2.4的小。这是因为涡轮增压在中、高转速时作用更明显。因此表现为,奥迪A6 1.8T的起步就要比2.4略慢,若匹配自动变速器,这点更为明显。不过,当发动机转速较大时,涡轮增压凭借其宽广的“扭矩高原”,优势便会突出。但仅以发动机来论,1.8T满足车辆一般性需要,已是绰绰有余了。

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