聊聊“渦輪增壓”

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“八卦聊車”,有態度、不平庸



汽車的動力源自發動機,而發動機的動力則源自空氣和汽油的爆炸,進一步說是空氣中的氧氣和霧化之後的汽油充分混合之後被點燃而形成的爆炸。

每次爆炸的力量 X 爆炸的次數 = 產生的總動力

聊聊“渦輪增壓”

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如果每次爆炸產生的能量是一定的,那麼每分鐘多爆炸幾次,就可以產生更多的力量了,發動機的動力也就更強了,這也就是踩油門是提升轉速的意義;而如果我們讓每次爆炸可以產生更大的力量,那麼我們獲得同樣的動力,就不需要那麼高的轉速,也就不需要太用力的踩油門,這就達到了省油的目的。

不論是想要產生更多次的爆炸,還是想讓每次爆炸都產生更大的力量,都需要提供更多的必要條件:多噴油、多給氧氣。對於噴油來說,更大的噴油嘴,更好的霧化效果,甚至是缸內直噴,都是我們可以利用的技術,而對於給發動機內輸入更多的氧氣這一點來說,則會遇到比較大的難題。

傳統的自然吸氣發動機,空氣進入發動機內,是靠活塞下行是的負壓將空氣吸入燃燒室,當我們想讓更多的空氣進入燃燒室,以便更多的氧氣參與燃燒時,就會發現僅憑活塞下行時的負壓所吸入的空氣遠遠不夠,沒辦法使霧化後的汽油充分燃燒,以達到最大化爆炸產能的目的。那麼,就只能通過強硬手段往發動機內部灌輸空氣了。

一般增加空氣流量的方法有三種:

1,減小空氣阻力;

2,機械增壓;

3,渦輪增壓。

當然,也不排除這三種方法都使用上的做法。

聊聊“渦輪增壓”

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1,減小空氣阻力。其實很好理解,想象一下霧霾天戴口罩在戶外跑步的你,如果跑的呼哧帶喘的,是不是想要大口呼吸?甚至摘掉口罩?發動機上,為了增加進入的空氣,減小空氣阻力的做法,包括但不限於更換高流量空濾、拋光進氣管路等。

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2,機械增壓。向發動機內強制灌入更多空氣的一種方法,我們會在下期談到。

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3,渦輪增壓。向發動機內強制灌入更多空氣的一種方法,今天我們主要聊的內容。

首先,渦輪增壓器工作時,會通過類似鼓風機的形式,向發動機內吹進更多的空氣。而之所以叫做增壓器,是因為渦輪扇葉通過高速旋轉,利用很大的壓力把空氣吹進發動機,這個過程中,空氣收到了壓力的增強,所以叫做增壓。

這樣就可以通過更高的壓力把更多的空氣送入發動機內部參與燃燒了,但也帶來了另一個問題,壓力過高。本來壓力越高,是可以向發動機內部吹入更多空氣的,但壓力變高的同時,空氣也會變熱,而空氣膨脹,空氣膨脹起來,帶來的問題就是同樣體積內的空氣變少,同樣的,氧含量也會變少。渦輪增壓器辛辛苦苦通過高壓吹入發動機內部空氣,並沒有提供預期那麼高的氧氣,這就是因為空氣被增壓後溫度太高的原因。所以一般使用渦輪增壓器的時候,都會搭配上一個叫做中冷器的設備,來給空氣降溫,從而提高單位體積內的氧含量。

簡單來說,就是通過渦輪增壓器,我們可以提高進入發動機的空氣的數量,而空氣的品質卻下降了。這時,再通過為空氣降溫,來提高空氣的品質,如此一來,就可以有效提高進入發動機的空氣的數量和質量了。有了更多更好的空氣進入發動機,也就意味著參與燃燒的氧氣更多了,那麼我們也就可以噴更多的汽油,讓每次爆炸產生更多的動力了。

聊聊“渦輪增壓”

其次,我們再來看看渦輪增壓器是如何被驅動起來的呢?這就要從它的名字說起了。我們常說的渦輪也好,Turbo 也罷,其實它的全稱應該是廢氣渦輪增壓器,即利用發動機產生的廢氣來驅動渦輪,從而提供更多空氣的增壓器。因此我們可以得知,渦輪增壓器的動力來源,其實是發動機排出的廢氣。也就是說,發動機排出的廢氣,推動渦輪旋轉,而渦輪的旋轉則帶動更多空氣進入發動機,這麼一看,貌似是個完美的循環啊,其實則不然,問題就出來,推動循環的第一波動力上,先有雞還是先有蛋呢?從這個例子上來看,一定是發動機先排出第一波廢氣,從而推動渦輪,渦輪才能有動力向發動機送入更多的空氣。但問題恰恰就處在這裡————需要多少廢氣才能推動渦輪呢?

為了向發動機內部送入更多的空氣,往往需要較大的渦輪,而越大的渦輪,則需要越多的廢氣才能推得動,表現在發動機上的情況就是,發動機轉速達到一定的臨界值之前,動力沒有得到提升,而一旦達到這個臨界值,動力會突然爆發出來。而實際上對於普通汽車駕駛者來說,就是車更難開了。舉個例子,踩油門到 4000 轉之前,車沒勁兒,一旦達到 4000 轉就像打開了電燈一樣,突然眼前一亮,動力猛增,一般駕駛者別說很難用到 4000 轉,就算用到了,也很少有能力駕馭得了,所以這種大渦輪並不是和家用買菜車和代步工具,但在賽車領域和性能車、跑車市場則不同,大有用武之地。

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為了解決這個問題,很多廠家相繼推出了小尺寸的渦輪,以便發動機處在更低轉速時的廢氣排量就足以推動渦輪的啟動。這一舉措得到了市場的廣泛認可,輕輕一踩油門,1000 多轉就能啟動渦輪,動力也隨之而來。雖然缺點也很明顯————高轉速無力,但家用車誰會用到高轉速呢,3000 轉都很少觸及,一般 2000 多轉就換檔了。這也導致了在多項國家政策的傾斜和引導下,本就畸形的汽車消費市場更是被小排量渦輪增壓發動機所充斥的現象。雖然我個人比較排斥小排量渦輪增壓,但在此處也不想過多言表。

汽車圈自古不缺奇葩,渦輪屆也是如此。為了解決低轉速動力不足,大渦輪介入工作太晚的問題,很多廠商的解決方案並不是推出小尺寸渦輪,而是五花八門的不走尋常路。比如有的廠家,為發動機安裝兩顆渦輪,低轉速時僅啟動一顆渦輪,從而減小需要推動渦輪時需要的廢氣量,而高轉速需要強勁動力時,則同時開啟兩顆渦輪,提供更佳充足的進氣量。還有的廠家,在低轉速區間採用機械增壓的方式,來化解排氣不足,無法推動渦輪的尷尬,而到高轉速區間則全力開啟渦輪增壓的瘋狂模式。更有甚者,覺得單憑一顆渦輪增壓都無法滿足對於動力的需求,而是針對 V 型發動機兩側的氣缸提供獨立的同尺寸渦輪,以保證每個氣缸都可以得到充分的進氣量。

以上是關於渦輪增壓的介紹,下一篇我們會料到機械增壓的相關內容。


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