聊聊“涡轮增压”

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“八卦聊车”,有态度、不平庸



汽车的动力源自发动机,而发动机的动力则源自空气和汽油的爆炸,进一步说是空气中的氧气和雾化之后的汽油充分混合之后被点燃而形成的爆炸。

每次爆炸的力量 X 爆炸的次数 = 产生的总动力

聊聊“涡轮增压”

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如果每次爆炸产生的能量是一定的,那么每分钟多爆炸几次,就可以产生更多的力量了,发动机的动力也就更强了,这也就是踩油门是提升转速的意义;而如果我们让每次爆炸可以产生更大的力量,那么我们获得同样的动力,就不需要那么高的转速,也就不需要太用力的踩油门,这就达到了省油的目的。

不论是想要产生更多次的爆炸,还是想让每次爆炸都产生更大的力量,都需要提供更多的必要条件:多喷油、多给氧气。对于喷油来说,更大的喷油嘴,更好的雾化效果,甚至是缸内直喷,都是我们可以利用的技术,而对于给发动机内输入更多的氧气这一点来说,则会遇到比较大的难题。

传统的自然吸气发动机,空气进入发动机内,是靠活塞下行是的负压将空气吸入燃烧室,当我们想让更多的空气进入燃烧室,以便更多的氧气参与燃烧时,就会发现仅凭活塞下行时的负压所吸入的空气远远不够,没办法使雾化后的汽油充分燃烧,以达到最大化爆炸产能的目的。那么,就只能通过强硬手段往发动机内部灌输空气了。

一般增加空气流量的方法有三种:

1,减小空气阻力;

2,机械增压;

3,涡轮增压。

当然,也不排除这三种方法都使用上的做法。

聊聊“涡轮增压”

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1,减小空气阻力。其实很好理解,想象一下雾霾天戴口罩在户外跑步的你,如果跑的呼哧带喘的,是不是想要大口呼吸?甚至摘掉口罩?发动机上,为了增加进入的空气,减小空气阻力的做法,包括但不限于更换高流量空滤、抛光进气管路等。

聊聊“涡轮增压”

2,机械增压。向发动机内强制灌入更多空气的一种方法,我们会在下期谈到。

聊聊“涡轮增压”

3,涡轮增压。向发动机内强制灌入更多空气的一种方法,今天我们主要聊的内容。

首先,涡轮增压器工作时,会通过类似鼓风机的形式,向发动机内吹进更多的空气。而之所以叫做增压器,是因为涡轮扇叶通过高速旋转,利用很大的压力把空气吹进发动机,这个过程中,空气收到了压力的增强,所以叫做增压。

这样就可以通过更高的压力把更多的空气送入发动机内部参与燃烧了,但也带来了另一个问题,压力过高。本来压力越高,是可以向发动机内部吹入更多空气的,但压力变高的同时,空气也会变热,而空气膨胀,空气膨胀起来,带来的问题就是同样体积内的空气变少,同样的,氧含量也会变少。涡轮增压器辛辛苦苦通过高压吹入发动机内部空气,并没有提供预期那么高的氧气,这就是因为空气被增压后温度太高的原因。所以一般使用涡轮增压器的时候,都会搭配上一个叫做中冷器的设备,来给空气降温,从而提高单位体积内的氧含量。

简单来说,就是通过涡轮增压器,我们可以提高进入发动机的空气的数量,而空气的品质却下降了。这时,再通过为空气降温,来提高空气的品质,如此一来,就可以有效提高进入发动机的空气的数量和质量了。有了更多更好的空气进入发动机,也就意味着参与燃烧的氧气更多了,那么我们也就可以喷更多的汽油,让每次爆炸产生更多的动力了。

聊聊“涡轮增压”

其次,我们再来看看涡轮增压器是如何被驱动起来的呢?这就要从它的名字说起了。我们常说的涡轮也好,Turbo 也罢,其实它的全称应该是废气涡轮增压器,即利用发动机产生的废气来驱动涡轮,从而提供更多空气的增压器。因此我们可以得知,涡轮增压器的动力来源,其实是发动机排出的废气。也就是说,发动机排出的废气,推动涡轮旋转,而涡轮的旋转则带动更多空气进入发动机,这么一看,貌似是个完美的循环啊,其实则不然,问题就出来,推动循环的第一波动力上,先有鸡还是先有蛋呢?从这个例子上来看,一定是发动机先排出第一波废气,从而推动涡轮,涡轮才能有动力向发动机送入更多的空气。但问题恰恰就处在这里————需要多少废气才能推动涡轮呢?

为了向发动机内部送入更多的空气,往往需要较大的涡轮,而越大的涡轮,则需要越多的废气才能推得动,表现在发动机上的情况就是,发动机转速达到一定的临界值之前,动力没有得到提升,而一旦达到这个临界值,动力会突然爆发出来。而实际上对于普通汽车驾驶者来说,就是车更难开了。举个例子,踩油门到 4000 转之前,车没劲儿,一旦达到 4000 转就像打开了电灯一样,突然眼前一亮,动力猛增,一般驾驶者别说很难用到 4000 转,就算用到了,也很少有能力驾驭得了,所以这种大涡轮并不是和家用买菜车和代步工具,但在赛车领域和性能车、跑车市场则不同,大有用武之地。

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为了解决这个问题,很多厂家相继推出了小尺寸的涡轮,以便发动机处在更低转速时的废气排量就足以推动涡轮的启动。这一举措得到了市场的广泛认可,轻轻一踩油门,1000 多转就能启动涡轮,动力也随之而来。虽然缺点也很明显————高转速无力,但家用车谁会用到高转速呢,3000 转都很少触及,一般 2000 多转就换档了。这也导致了在多项国家政策的倾斜和引导下,本就畸形的汽车消费市场更是被小排量涡轮增压发动机所充斥的现象。虽然我个人比较排斥小排量涡轮增压,但在此处也不想过多言表。

汽车圈自古不缺奇葩,涡轮届也是如此。为了解决低转速动力不足,大涡轮介入工作太晚的问题,很多厂商的解决方案并不是推出小尺寸涡轮,而是五花八门的不走寻常路。比如有的厂家,为发动机安装两颗涡轮,低转速时仅启动一颗涡轮,从而减小需要推动涡轮时需要的废气量,而高转速需要强劲动力时,则同时开启两颗涡轮,提供更佳充足的进气量。还有的厂家,在低转速区间采用机械增压的方式,来化解排气不足,无法推动涡轮的尴尬,而到高转速区间则全力开启涡轮增压的疯狂模式。更有甚者,觉得单凭一颗涡轮增压都无法满足对于动力的需求,而是针对 V 型发动机两侧的气缸提供独立的同尺寸涡轮,以保证每个气缸都可以得到充分的进气量。

以上是关于涡轮增压的介绍,下一篇我们会料到机械增压的相关内容。


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