為了更好的理解渦輪增壓器的增壓的技術,瞭解內燃機的工作原理是非常有必要的。
首先絕大多數的乘用車或者商用車的發動機,都是四衝程的。
通過對進氣控制閥,排氣控制閥的開關來實現進氣,排氣的過程。
通過控制火花塞得點火來控制氣體燃燒時間點。
然後通過ECU把吸氣,出氣,燃燒按順序有機的組合在一起,則發動機就能實現正常運轉。
總之對於單個氣缸來講:一個工作循環包含4個衝程,曲軸完成兩個旋轉。火花塞點火一次
對於三缸機來講: 曲軸轉兩圈,發動機三個缸分別完成一次工作循環。火花塞一共點火三次
對於四缸機來講: 曲軸轉兩圈,發動機四個缸分別完成一次工作循環。火花塞一共點火四次
吸氣過程,當活塞向下運動,進氣控制閥開啟,空氣或者燃油混合物,通過進氣控制閥被吸入到氣缸內。
壓縮過程: 活塞向上運動時,進氣門控制閥關閉,剛被吸入的新鮮空氣開始被壓縮。
膨脹過程:當火花塞執行點火命令後,氣體急劇膨脹產生爆炸,推動曲軸連桿曲軸向下運動,
排氣,當曲軸連桿由於飛輪產生的慣性,使得曲軸繼續運動,也就是活塞向上運動時,這個氣體被排出。
以上是發動機的基本運動過程:通過該過程我們能夠得出三種方法能夠提升發動機的輸出功率;
第一種:增大掃氣量(吸入氣體體積)
增大發動機的單缸直徑,或缸桶體積
儘可能多的吸入氣體到燃燒室,使得儘可能多的氣體和更多的汽油進行混合燃燒,好比用大灶,自然火勢就旺。 火勢旺自然能夠達到增加功率輸出的目的。
增多發動機的缸數
如果單缸能力有限,就多用幾個缸,比如說3缸,4缸,6缸,8缸,10缸,12缸等,但是不能過多,畢竟發動機缸數越多,體積越大,重量也重,會侵佔空間,降低燃油經濟性。
第2種增加發動機的轉速
通過增加發動機的轉速,也能提提升發動機的輸出功率,轉速增加也就是提升發動機的單位時間內的點火次數。單位時間內發動機點火的次數多了,那無疑發動機的輸出功率會變大,但是由於機械穩定性的原因。我們不能讓發動機的轉速無限放大,因為發動機的轉速過大,導致的磨損就是一個致命的不利因素。轉速過高,發動機過熱,潤滑不及時,冷卻不夠等,都會帶來,發動機的壽命的降低。發動機轉速可以通過曲軸位置傳感器來進行測算。
第3條採用增壓器來進行增壓
以上兩種都基本上是自然吸氣發動機常見的技術,但是對帶有渦輪增壓的發動機有點不一樣的,因為自然吸氣發動機靠自己的吸力,去吸收的氣體是有限的,一般吸力只能達到-10KPA以內.
而被增壓的壓縮氣體往往能達到,兩個標準大氣壓以內,由此增壓發動機吸入的氣體,是自然吸氣發動機吸入氣體的壓力的10-20倍左右。
由於我們的空燃比理想狀態是14.7:1,吸入氣體多了,那相應的我們也需要增加燃油的噴射量,對應更多的燃燒。
由此在相同的轉速,相同的氣室體積的情況 下渦輪增壓 發動機輸出功率會大很多。
但是增壓也會帶來一個壞處,就是進入發動機的氣體進過壓縮後,氣體溫度都會升高,這是基本的物理常識,這裡就不解釋。
由於氣體被壓縮,氣體被加熱了,溫度達到了180度以內。而一般來說進氣溫度要求不高於55度。
我們知道氣體在溫度高的情況下密度會變小,那這跟我們需要充足的空氣是矛盾的。所以我們需要冷卻進氣氣體,我們需要把氣體的密度儘可能的提高,讓發動機吸入更多的氣體。由此我們必須使用中冷器。
所以說中冷器是一個能夠提升燃油消耗,和功率需求的一個裝置。
通過中冷器使得進氣溫度降低到正常值,會使得相同的壓力下,氣體體積相同的情況下,氣體更多,或者說密度更大。
同時由於進氣溫度低,會讓燃燒的溫度降低,同時能夠減少氮氧化合物的排放,降低發動機的燃油消耗。
總之:發動機是一個很複雜的系統,大家都是建立在前人的研究的基礎上,進行慢慢摸索,調試才能得到一個較好的功能。
後面我將持續學習更新,渦輪增壓器相關技術。
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