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发动机涡轮增压原理解析转载

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新手上路


 在平时开车的时候相信大家都有体会,感觉带“T ”的发动机很给力,动力很强劲。涡轮增压发动机为什么动力强劲?是怎样增压的?下面我们就来了解一下发动机增压器的工作原理。

发动机结构解析






节气门的作用

  在发动机进气系统中主要有两大部件,一是空气滤清器,主要负责过滤空气中的杂质;二是进气管道,主要将空气引入到气缸中。而在进气管中有个很重要的部件,就是节气门。

发动机结构解析

  节气门主要的作用就是控制进入气缸的混合气量大小。那它是怎么控制进气量的呢?我们开车时踩油门踏板的深浅,其实就是控制节气门开度的大小。油门踏板踩得越深,节气门开度就越大,混合气进入量就越大,发动机的转速就会上升。

发动机结构解析

  传统拉线油门是通过钢丝一端与油门踏板相连另一端与节气门相连,它的传输比例是1:1,这种方式控制精度不理想。而现在的电子节气门(电子油门),是通过位置传感器,将踩踏油门踏板动作的力量、幅度等数据传输到控制单元进行分析,然后总结出驾驶者踩油门的意图,再由ECU计算实际节汽门开合度并发出指令控制节汽门电机工作,从而实现对节气门的精准控制。

进气歧管长度可变?

  我们平时看到发动机的进气歧管的长度好像都是固定的,它的长度还可以改变?其实在进气歧管内安装控制阀,通过它的打开和关闭,可以将进气歧管分为两段,从而改变它的有效长度。那改变进气歧管的长度有什么作用呢?主要是为了提高发动机在不同转速时的进气效率,从而提升发动机在各个转速下的动力性能。

发动机结构解析

  当发动机低速运转时,黑色控制阀关闭,气流被迫从长歧管流入气缸,可以增加进气的气流速度和压强,使汽油和空气更好的混合,燃烧更充分(这个有点像把水流不急的水管捏扁后,水流速度会变急的原理一样)。当发动机转速升高时,控制阀门打开,气流绕开下端管道直接进入气缸,这时能更快吸入更多的空气,增大发动机高转速的进气量。

排气歧管为什么“长”得奇形怪状的?

  汽车的排气系统主要包括排气歧管、三元催化转化器、消声器和排气管道等。主要的作用就是将气缸内燃烧的废气排出到大气中。

发动机结构解析

  为什么我们看到的排气管大多都形状怪异的?这种设计主要是为了最大限度地避免各缸排出的废气发生相互干涉或废气回流的现象,而影响发动机的动力性能。

发动机结构解析

  虽然排气管设计的奇形怪状,但为了防止出现紊流,还是遵循一定的原则的,如各缸排气歧管尽可能独立、长度尽可能相等;排气歧管尽可能长等。

涡轮增压是怎样增压的?

发动机结构解析

  涡轮增压大家并不陌生,平时在车的尾部都可以看到诸如1.4T、2.0T等字样,这说明了这辆车的发动机是带涡轮增压的。涡轮增压(Turbocharger)简称Turbo或T。涡轮增压是利用发动机的废气带动涡轮来压缩进气,从而提高发动机的功率和扭矩,使车更有劲。

涡轮增压原理解析

  涡轮增压器主要由涡轮机和压缩机两部分组成,之间通过一根传动轴连接。涡轮的进气口与发动机排气歧管相连,排气口与排气管相连;压缩机的进气口与进气管相连,排气口则接在进气歧管上。到底是怎样实现增压的呢?主要是通过发动机排出的废气冲击涡轮高速运转,从而带动同轴的压缩机高速转动,强制地将增压后的空气压送到气缸中。

发动机机构解析

  涡轮增压主要是利用发动机废气的能量带动压缩机来实现对进气的增压,整个过程中基本不会消耗发动机的动力,拥有良好的加速持续性,但是在低速时涡轮不能及时介入,带有一定的滞后性。


(涡轮增压工作原理 )

机械增压又是怎样的?

发动机结构解析

  相对于涡轮增压,机械增压(Supercharger)的原理则有所不同。机械增压主要是通过曲轴的动力带动一个机械式的空气压缩机旋转来压缩空气的。与涡轮增压不同的是,机械增压工作过程中会对发动机输出的动力造成一定程度的损耗。

发动机结构解析

  由于机械增压器是直接由曲轴带动的,发动机运转时,增压器也就开始工作了。所以在低转速时,发动机的扭矩输出表现也十分出色,而且空气压缩量是按照发动机转速线性上升的,没有涡轮增压发动机介入那一刻的唐突,也没有涡轮增压发动机的低速迟滞。但是在发动机高速运转时,机械增压器对发动机动力的损耗也是很大的,动力提升不太明显。

发动机结构解析


(机械增压工作原理) 

双增压发动机是怎样工作的?

  双增压发动机,顾名思义就是指一台发动机上装有两个增压器。如一台发动机上采用两个涡轮增压器,则称为双涡轮增压发动机。如宝马3.0L直列六缸发动机,采用的就是两个涡轮增压器。

发动机结构解析

  针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象,排气管上并联两只同样的涡轮(每三个缸一组连接一个涡轮增压器),在发动机低转速的时候,较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力,减小涡轮迟滞效应。


宝马BMW M5 F10 双涡轮增压发动机)

  前面了解到,涡轮增压器在低转速时有迟滞现象,但高速时增压值大,发动机动力提升明显,而且基本不消耗发动机的动力;而机械增压器,是发动机运转直接驱动涡轮,没有涡轮增压的迟滞,但是是损耗部分动力、增压值较低。那把它们结合一起就岂不是可以优势互补了?

发动机结构解析
双增压发动机示意图(涡轮增压器 机械增压器)

  如大众高尔夫GT上装备的1.4升TSI发动机,设计师就把涡轮增压器和机械增压器结合到了一起。将机械增压器安装到发动机进气系统上,涡轮增压器安装在排气系统上,从而保证发动机在低速、中速和高速时都能有较好的增压效果。

 
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