汽车发动机的涡轮增压原理是什么?
●节流阀的功能
发动机进气系统有两个主要部件。一个是空气滤清器,主要负责过滤空气中的杂质;第二个是进气管,主要是把空气引入气缸。进气管里有一个很重要的部件,就是节气门。
节气门的主要作用是控制进入气缸的混合气的量。那么它是如何控制进气量的呢?我们开车的时候,踩油门踏板的深度其实就是控制油门开度。油门踏板踩得越深,节气门开度越大,混合气进气量越大,发动机转速越高。
传统的拉线油门通过一根钢丝,一端与油门踏板相连,另一端与油门相连,其传动比为1: 1,导致控制精度不理想。目前电子油门(electronic throttle)通过位置传感器将踩油门踏板的力度、幅度等数据传输到控制单元进行分析,然后汇总驾驶员踩油门的意图,再由ECU计算实际油门开度并给出指令控制油门电机工作,从而实现对油门的精确控制。
●可变进气歧管长度?
我们平时看到发动机的进气歧管长度好像是固定的,它的长度是可以改变的?事实上,控制阀安装在进气歧管中。通过打开和关闭它,可以将进气管分成两部分,从而改变其有效长度。改变进气歧管的长度有什么影响?主要是提高发动机在不同转速下的进气效率,从而提高发动机在各种转速下的动力性能。
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力,使汽油和空气更好地混合,燃烧更充分(这有点像水流慢的水管压扁后水流速度会变快的原理)。当发动机转速升高时,控制阀打开,气流绕过下管路直接进入气缸,这样可以更快地吸入更多的空气,增加发动机高转速时的进气量。
●为什么排气歧管奇形怪状?
汽车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。主要功能是将气缸内燃烧产生的废气排放到大气中。
为什么我们看到的排气管大多形状奇怪?这种设计主要是为了避免各缸排出的废气相互干扰或废气最大程度回流的现象,影响发动机的动力性能。
排气管设计虽然奇形怪状,但为了防止乱流,还是遵循了一些原则,比如各缸的排气歧管尽量独立,长度尽量相等;排气歧管尽可能长等。
●涡轮增压是如何增压的?
涡轮增压大家都不陌生。通常可以在车尾看到类似1的东西。4T、2 .0T,说明这款车的发动机是涡轮增压的。涡轮增压器简称turbo或t,涡轮增压是利用发动机的废气带动涡轮压缩进气,从而提高发动机的功率和扭矩,使汽车动力更大。
涡轮增压器主要由涡轮和压缩机组成,涡轮和压缩机通过传动轴连接。涡轮的进气口与发动机的排气歧管相连,排气口与排气管相连;压缩机的进气口与进气管连接,出气口与进气歧管连接。如何实现增压?主要是通过发动机排出的废气冲击涡轮高速运转,带动同轴压缩机高速旋转,将增压空气强制送入气缸。
涡轮增压主要是利用发动机废气的能量驱动压气机对进气进行增压。整个过程基本不消耗发动机的动力,加速连续性好。但在低速时,涡轮不能及时介入,有一定的滞后性。
●机械增压呢?
与涡轮增压相比,增压器的原理是不同的。机械增压主要是通过曲轴的动力带动一台机械式空气压缩机旋转来压缩空气。与涡轮增压不同,机械增压会对发动机的动力输出造成一定程度的损失。
因为增压器是由曲轴直接驱动的,所以在发动机运转的时候增压器就会开始工作。所以在低速时,发动机的扭矩输出也很出色,空气压缩根据发动机转速线性增加,没有涡轮增压发动机的突然介入,也没有涡轮增压发动机的低速滞后。但发动机高速运转时,增压器的功率损失也很大,功率提升不明显。
●双增压发动机是如何工作的?
双增压发动机,顾名思义,就是一台发动机配备两个增压器。如果在一台发动机上使用两个涡轮增压器,它被称为双涡轮增压发动机。比如宝马3。0L直列六缸发动机使用两个涡轮增压器。
针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象,在排气管上并联两个相同的涡轮(每三缸一个涡轮增压器)。当发动机转速较低时,较少的废气可以驱动涡轮高速旋转,产生足够的进气压力,减少涡轮迟滞效应。
我们之前了解过,涡轮增压器在低速时有迟滞,但在高速时,增压值大,发动机功率提升明显,基本不消耗发动机功率;而发动机运转时直接驱动涡轮的增压器没有涡轮增压的滞后性,只是损失了部分动力,涡轮增压值较低。那把它们结合起来岂不是相辅相成?
双增压发动机示意图(涡轮增压器+增压器)
如大众高尔夫GT上配备的1。对于4升TSI发动机,设计师将涡轮增压器与增压器结合在一起。增压器安装在发动机的进气系统上,涡轮增压器安装在排气系统上,保证发动机在低速、中速、高速都能有良好的增压效果。