發動機是靠燃料在汽缸內燃燒作功來產生功率的,由於輸入的燃料量受到吸入汽缸內空氣量的限制,因此發動機所產生的功率也會受到限制,如果發動機的執行效能已處於最佳狀態,再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進入汽缸來增加燃料量,從而提高發動機作功能力。
渦輪系統是增壓發動機中最常見的增壓系統之一。
如果在相同的單位時間裡,能夠把更多的空氣及燃油的混合氣強制擠入汽缸(燃燒室)進行壓縮燃爆動作(小排氣量的引擎能“吸入”和大排氣量相同的空氣,提高容積效率),便能在相同的轉速下產生較自然進氣發動機更大的動力輸出。情形就像你拿一臺電風扇向汽缸內吹,硬是把風往裡面灌,使裡面的空氣量增多,以得到較大的馬力,只是這個扇子不是用電動馬達,而是用引擎排出的廢氣來驅動。
一般而言,引擎在配合這樣的一個“強制進氣”的動作後,起碼都能提升30%-40% 的額外動力,如此驚人的效果就是渦輪增壓器令人愛不釋手的原因。況且,獲得完美的燃燒效率以及讓動力得以大幅提升,原本就是渦輪增壓系統所能提供給車輛最大的價值所在。
那渦輪增壓器的工作原理到底是怎麼樣的呢?
首先發動機排出的廢氣,推動渦輪排氣端的渦輪葉輪(上圖右邊),並使之旋轉。由此便能帶動與之相連的另一側的壓氣機葉輪(左邊)也同時轉動。於是壓氣機葉輪就能把空氣從進風口強制吸進,並經葉片的旋轉壓縮後,再進入管徑越來越小的壓縮通道作二次壓縮,這些經壓縮的空氣溫度會比直接吸入的高,需要通過中冷器進行降溫之後再被注入汽缸內燃燒。如此重複即是渦輪增壓器的工作原理
節氣門的作用
在發動機進氣系統中主要有兩大部件,一是空氣濾清器,負責過濾空氣中的雜質;二是進氣管道,將空氣引入到氣缸中。在進氣管中有個很重要的部件,就是節氣門。
節氣門主要的作用就是控制進入氣缸的混合氣量大小。我們開車時踩油門踏板的深淺,其實就是控制節氣門開度的大小。油門踩得越深,節氣門開度就越大,混合氣進入量就越大,發動機的轉速就會上升。
傳統拉線油門是通過鋼絲一端與油門踏板相連另一端與節氣門相連,它的傳輸比例是1:1,這種方式控制精度不理想。而現在的電子節氣門,是通過位置感測器,將踩踏油門動作的力量、幅度等資料傳輸到控制單元進行分析,總結駕駛者的意圖,再由ECU計算實際節汽門開合度併發出指令控制節汽門電機工作,從而實現對節氣門的精準控制。
進氣歧管長度可變?
進氣歧管內安裝控制閥,通過它的開啟和關閉,可以將進氣歧管分為兩段,從而改變它的有效長度。改變進氣歧管的長度主要是為了提高發動機在不同轉速時的進氣效率,提升發動機在各個轉速下的動力效能。
排氣歧管為什麼“長”得奇形怪狀的?
汽車的排氣系統主要包括排氣歧管、三元催化轉化器、消聲器和排氣管道等。主要的作用就是將氣缸內燃燒的廢氣排出到大氣中。
我們看到的排氣管大多都形狀怪異,這種設計是為了最大限度地避免各缸排出的廢氣發生相互干涉或廢氣迴流的現象,而影響發動機的動力效能。
渦輪增壓是怎樣增壓的?
渦輪增壓(Turbocharger)簡稱Turbo或T。平時我們在車尾看到諸如1.4T、2.0T等字樣,說明這輛車的發動機是帶渦輪增壓的。
渦輪增壓器主要由渦輪機和壓縮機兩部分組成,通過一根傳動軸連線。渦輪的進氣口與發動機排氣歧管相連,排氣口與排氣管相連;壓縮機的進氣口與進氣管相連,排氣口則接在進氣歧管上。通過發動機排出的廢氣衝擊渦輪高速運轉,從而帶動同軸的壓縮機高速轉動,強制地將增壓後的空氣壓送到氣缸中。
渦輪增壓主要是利用發動機廢氣的能量帶動壓縮機來實現對進氣的增壓,整個過程中基本不會消耗發動機的動力,擁有良好的加速持續性,但是在低速時渦輪不能及時介入,帶有一定的滯後性。
機械增壓又是怎樣的?
機械增壓(Supercharger)主要是通過曲軸的動力帶動一個機械式的空氣壓縮機旋轉來壓縮空氣的,但工作過程中會對發動機輸出的動力造成一定程度的損耗。
由於機械增壓器是直接由曲軸帶動的,發動機運轉時,增壓器也就開始工作了。所以在低轉速時,發動機的扭矩輸出表現也十分出色,但是在發動機高速運轉時,機械增壓器對發動機動力的損耗也是很大的,動力提升不太明顯。
雙增壓發動機是怎樣工作的?
雙增壓發動機,顧名思義就是指一臺發動機上裝有兩個增壓器。如一臺發動機上採用兩個渦輪增壓器,則稱為雙渦輪增壓發動機。
針對廢氣渦輪增壓的遲滯現象,排氣管上並聯兩隻同樣的渦輪,在發動機低轉速的時候,較少的排氣即可驅動渦輪高速旋轉以產生足夠的進氣壓力,減小渦輪遲滯效應。
前面了解到,渦輪增壓器在低轉速時有遲滯現象,但高速時增壓值大,發動機動力提升明顯,而且基本不消耗發動機的動力;而機械增壓器,是發動機運轉直接驅動渦輪,沒有渦輪增壓的遲滯,但是損耗部分動力、增壓值較低。一旦把它們結合一起就可以優勢互補了。
雙增壓發動機示意圖(渦輪增壓器+機械增壓器)
如福斯GolfGT上裝備的1.4升TSI發動機,設計師就把渦輪增壓器和機械增壓器結合到了一起。將機械增壓器安裝到發動機進氣系統上,渦輪增壓器安裝在排氣系統上,從而保證發動機在低速、中速和高速時都能有較好的增壓效果。
渦輪增壓器工作原理
渦輪增壓器它的工作原理其實並不複雜,簡單來說它就是通過發動機所排放出來的廢氣推動渦輪運轉,然後通過渦輪驅動與它連在同一個連線軸上的渦扇,不斷向發動機氣缸內壓入新鮮空氣,這樣氣缸在單位時間內進入的空氣就越多,它的工作效率也就越高。
渦輪增壓器屬於高溫部件,因為驅動它執行的氣體直接來自氣缸內排出的廢氣,溫度高達900°C-1000°C,而在全負荷狀態下,渦輪的轉速可達每分鐘18萬-20萬轉。渦輪在如此高溫下還要做著如此的高速運轉,自然需要特別高效穩定的潤滑條件。而且在高溫高壓環境下工作,增壓器的各個部件以及潤滑油就必須具備良好的耐高溫性和密封性,因此對於它的維護我們應該從以下幾個方面入手:
機油的選擇
很多車主在更換機油時,不知道該如何選擇。而渦輪增壓器的損壞一般是其與進氣管之間的油封密封損壞,導致大規模燒機油。而專業人士調查發現,油封的損壞有很大一部分是因為車主沒有按時更換機油,或者使用了劣質的機油,導致浮動的渦輪主轉動軸不能正常潤滑和散熱,從而在高溫下損壞油封造成漏油。
因此建議渦輪增壓發動機應該選擇耐高溫、抗氧化好的優質機油,並且還要注意適當縮短機油的更換週期。
注意保持渦輪的清潔
渦輪增壓器轉軸與軸套之間的配合間隙很小,所以如果使用的機油不乾淨或者由於機油濾清器不乾淨導致有雜質進入,那樣就會造成渦輪增壓器的過度磨損。另外,如果吸入的空氣中含有大量雜質,這些灰塵顆粒一旦進入高速運轉的增壓器葉輪,就會使灰塵顆粒撞擊增壓器葉輪,從而造成渦輪運轉不穩、軸套和密封件磨損,因此使用渦輪的車型要特別注意及時更換機油濾清器和空氣濾清器,保持渦輪的清潔。
冷車啟動要慢性
熱車也要怠速一會再熄滅
在冷車啟動的初期,機油溫度通常都比較低,也比較粘稠,潤滑效果不佳,而待其升溫到正常工作溫度則需要有一個過程和時間,如果在這幾分鐘內您強迫渦輪以全負荷的狀態工作,那麼就會增大渦輪的磨損,縮短渦輪的壽命。
正確的使用方法是;開車的頭幾分鐘應先慢行運轉幾分鐘,等機油進入最佳狀態後,再踩油門讓發動機高轉速運轉,尤其是在北方的冬天,冷車啟動後一定要注意先讓車熱熱再走,它舒服您也舒服。
而停車,由於渦輪工作起來的溫度非常高,所以停車以後您最好先原地怠速一會兒再滅車,此時發動機的機油系和冷卻系還都在工作,這就可以讓渦輪的溫度一點點降低下來,需要注意的是在滅車後渦輪由於慣性所致還會繼續運轉,此時仍然需要機油潤滑,而如果您突然關掉髮動機,那麼整個發動機系統都不再工作,渦輪的冷卻系統和潤滑油供應都會嘎然而止,只能靠自然冷卻,而這樣會導致渦輪壽命的銳減。
定期檢查很重要
和人體的定期檢查一樣。養成這個好習慣可以幫助我們及時發現渦輪的毛病防患於未然。例如;檢查渦輪增壓器的外觀,看各個密封環是否有損壞、機油進油管和回油管接頭是否有鬆動和滲油的跡象、增壓器廢氣排出口是否殘留有機油、壓縮機進氣直管壁內是否有機油、以及渦輪增壓器是否有異響或者不正常的震動。如果在您平時使用過程中發現有以上不正常現象,這時就需要儘早到專業維修店去檢修了,以避免發生更嚴重的部件損傷。