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    干貨!關于渦輪增壓這些你知道嗎?

    文章出處:予墨Auto    發布時間:2016年12月06日

    增壓發動機的工作原理

    大家可能對自然吸氣的發動機比較了解,現在普遍用的都是自然吸氣的,它是通過發動機的活塞運動吸入正常壓力的空氣用于發動機的燃燒。現在常用的增壓發動機主要有廢氣渦輪增壓發動機和電子增壓發動機,后者成本比較高,所以在民用和市場上都用得比較少。

    廢氣渦輪增壓發動機的工作原理就是通過發動機燃燒的廢氣推動渦輪高速旋轉,帶動同軸的壓氣機葉輪旋轉。這樣就會使吸入的新鮮空氣高速旋轉產生離心力,并被壓縮。由于壓縮空氣溫度比較高,增壓的機型的車上都會有中冷器。中冷器又分為風冷和水冷兩種。被吸入的空氣通過中冷器的降溫。

    將吸入的空氣進行加壓之后,它可能在單位空間內相當于一個1.5甚至1.8的當量的空氣量,同時它的氧氣量也隨之增加。這個時候我們通過電噴匹配噴更多的燃油。比如把1.0增加到1.5或者1.6,那么它就相當于一個1.5或1.6L的發動機的功率和扭矩。

    簡單對比,一個同排量的增壓和自然吸氣的發動機,它們的升功率和升扭矩的提升可以達到百分之二十到百分之三十。

    增壓發動機還能有一個比較明顯的優勢就是,我們可以把發動機做的更小型化,比如說我用一個1.0的發動機,進行增壓之后,它就相當于一個1.5升或者1.6升的發動機。性能提升,但它的體積呢只相當于一個1.0L的。這樣它就可以搭載更小的一些車型。

    增壓發動機的性能還是一個比較明顯的優勢。大家應該知道,自然吸氣發動機的扭距圖譜類似于一個山峰,從山坡開始往上爬坡到了頂峰之后開始下降。那么它的頂峰只有一個點,而增壓發動機可以在1200到1500轉之間就達到這個頂峰,并且隨著轉速的升高一直維持這個最大扭矩。

    從這點上來講,大家在低速駕駛增壓發動機的時候,扭距就可以達到一個比較高的一個水平,那么低速加速和超車的時候,就會感覺非常的有信心。

    渦輪增壓發動機的一個技術優點,就是向發動機供應額外的空氣增大進氣量,這樣燃燒會更安全,還能夠提高我們燃油的燃燒效率,同時還能減少排放物。這就是為什么目前只有增壓機型比較容易達到更高的排放要求。比如馬上2020年就要提倡的國六。

    增壓機型在開發中的難點

    這主要在增壓器的選配上。增壓器跟發動機的匹配是目前開發過程中比較難的一點,它是針對不同的排量來選擇不同型號的。

    一般排量越小的發動機,它選配增壓器的難度越大。因為排量小的話,它在低速的時候,進氣量與燃燒的廢氣要少很多,那么一般選配小的增壓器,慣性比較小,才能容易讓它在低速的時候介入工作。

    但是這在高速的時候就會存在一個問題,就是超速現象。當進入高速之后,由于它的慣性小,那它的轉數會上升的非常快,就會出現超速。一般來說的話,小排量增壓器的工作轉數的限制是在三十萬轉。

    當真空度偏高的時候呢可能還出現壓縮之后的空氣回流現象。這些對增壓器的壽命是影響比較大的,所以這是在匹配過程中是重點要解決的問題。

    還有一個難點就是增壓器的喘震。在工作的過程中,由于需要大量的新鮮空氣來進行壓縮,那么,當新鮮空氣的量和增壓比相對少時,那么就像人喘氣一樣,進氣量不夠了,這個時候在壓端的那個葉輪就會形成一些真空。這個時候就會產生一個很大的震動。振動的話就會導致增壓器的工作不穩定,我們在工程上把它稱之為喘震。一般增壓器在選型的時候就會把它的喘振線測出來。我們就會盡量避免它出現。

    還有就是發動機在比較大的進氣需求量工作的時候,突然踩了剎車,就導致進氣量需求急速減少。壓端那邊還在工作,但是發動機進氣門這邊已經不需要這么大的進氣量了。但是這個時候,增壓器的轉速不是剛性的,是柔性的。這個時候它的轉速還需要通過一段時間才能夠慢慢降下來。這個時候呢,增壓器上非常重要的零部件就是進氣泄壓閥,也可以叫廢氣泄壓閥,要進行一個強制泄氣來保證發動機的工作平穩。

    這種工況在設計上的難點主要是在NVH方面。因為它的氣壓非常高,而泄氣旁通閥那個通道,一般來說的話都不會設計得很大。這就會形成一種那種口哨的那種聲音,所以說這是在整車匹配的時候,通常會選擇就是一些消聲元件,比如說像諧振腔啊,來彌補急速解壓的時候壓力造成的NVH影響,讓使用者不容易察覺。

    所以說,大家在開增壓機型的時候如果能聽到這種聲音其實是正常的。這不會對使用有任何的影響,只是可能會讓你產生一種不舒服的感覺。

    還有就是增壓器是在高溫情況下下工作,一般排氣溫度可以達到8、900℃,而且這個高溫氣體是直接進入增壓器工作的。所以,如果增壓機型的車子在使用完停車后,你會聽到整車的風扇和冷卻系統還會持續工作大約30秒左右,才會自動停止。這是為了在停機之后保證使增壓器能冷卻下來。

    在這方面,國外比較高端的車型上會配備一個電子輔助水泵。它是只給增壓器提供的冷卻循環水路,而在發動機正常工作的時候是不工作的,在發動機停機的前半分鐘才開始工作,保證增壓器冷卻后才停止工作。

    國內外發動機有何差距?

    目前國產和合資品牌渦輪增壓發動機的差距,并不是在增壓器本身上。可能主要是在發動機本體,包括摩擦損失和燃燒開發等方面。但是增壓器本身的可靠性和匹配這方面的差距其實并不是很大。

    一個主要原因就是我們現在使用的增壓器基本上都是像霍尼韋爾,博格華納這些國外供應商。

    增壓機的日常維護保養?

    介紹一下增壓器的日常維護和保養。剛剛介紹了喘振的原理,其實是進氣量不匹配了。那么造成這種進氣量突然減小的原因,主要是空濾器堵塞或者增壓器出現泄露。所以日常在進行檢查的時候,主要檢查一下空氣濾清器、增壓器,還有增壓器與發動機排氣氣管之間的密封性,還有緊固件是否有松動、管路破裂這種情況。

    就增壓器本體而言,無論是國內還是合資品牌的增壓器設計,都是終身的。就是說,只要能確保冷卻潤滑系統還有進排氣系統的正常工作,那么增壓器本身其實是不需要維護和保養的。

    高海拔地區適合增壓機嗎?

    增壓機型在高海拔地區會比自然吸氣的表現會更好。

    由于高原地區空氣相對比較稀薄,進相同氣量的時候,氧氣含量相對要低的。無論是增壓發動機還是自然吸氣發動機,在高原工作的時候,性能都會下降。對于增壓發動機來說,因為渦輪有一個增壓的過程,我們在增壓進行匹配的時候會有一個高原補償。當它測定到空氣壓力偏低的時候,ecu會控制增壓器進行一個壓比的提升,所以增壓機型在高原上性能下降得沒那么明顯。

    網友常說的渦輪介入的說法對嗎?

    渦輪介入這種說法是有的。因為廢氣渦輪增壓器和發動機本身是一個柔性連接。比如說在發動機怠速的時候,進氣量和本身發動機轉數都比較低,那么這個時候增壓器葉輪的轉數也會相對比較低。所以一般的情況下,設計比較好的發動機會在1200轉。

    增壓器在介入工作之后,它的排量可以得到提升。大家在開車的時候可以明顯感覺到增壓發動機在上了一千五百萬以后的時候,加速的推背感會非常明顯。其實在這個時候,增壓器才真正開始介入工作。之前雖然在工作,但增壓效果沒有那么明顯,大家就容易感覺沒有增壓一樣。

    最后跟大家介紹下,為什么大家會說增壓機型的燃油經濟性會比自然吸氣的更好。其實這個是因為參照對象有所不同。比如當我們說到1.0L的增壓發動機的油耗好的時候,其實是相比1.5L來說的,并不是說1.0L的增壓發動機會比1.0L自然吸氣的節油。從實際測試來看,1.0增壓發動機比1.0升自然吸氣的百公里油耗其實是要高的。

    問答:

    1.寶馬標致的發動機,最大扭矩轉速能到1200,有些機型在1800以上,寶馬是如何做到的?

    它們一般是在低轉速會增加一個掃氣功能。就是說這個掃氣功能在怠速時,會增加進氣量。這是通過延長氣門關閉時間實現的,能夠更快的讓增壓器的轉數提高,從而介入到完全工作中。

    2.寶馬同樣的2.0增壓發動機,但是有不同的高低功率版本,這是增壓器有所區別嗎,還是只是調校的不同?

    不光寶馬,包括福特等合資公司,它們的增壓機型一般都會出兩個版本,一個是高功率一個是低功率版,它們在硬件上是完全沒有區別的。增壓機型的潛力其實是很大的,它的扭矩和功率可以做得非常高,開發不同的版本就是為了適應不同的用戶。比如搭5MT或6MT,一個低配可以就可以降低成本適應不同的用戶群。

    3.在怠速到最大扭矩最低轉速的過程中,增壓器是否在工作,還是泄壓閥打開,此時增壓器并未給進氣加壓?

    從怠速到最大扭矩轉數,其實增壓器是在工作的。但是因為怠速的進氣量比較小,這個時候氣流帶動增壓器渦輪的轉數非常低。這個時候壓比不能夠達到那個最大扭矩的要求,所以雖然它是在工作的,但是并不明顯。也就說怠速的時候基本上發動機就是跟自然吸氣是一樣的。等渦輪達到一定轉數的工作狀態之后,進氣壓力才會得到提升,這個時候增壓器才開始正常工作。

    4.老師請講講大眾一直引以為傲的小排量渦輪增壓器是不是日本石川島播磨制造的

    從行業內了解,日本石川它們的那個增壓器一般只供給日本企業,很少給外企供。

    5.剛才老師提到了電子增壓,最近奧迪的電子增壓發動機要量產了,為什么這個東西現在才開始普及,它是將來的趨勢嗎?自主品牌是否已經開始做這方面的研究和開發?

    電子增壓器,主要是一個成本方面考慮。因為以前使用的比較少,它的成本比較高。那么在這個渦輪增壓可以接受情況下,大部分廠家都選擇渦輪增壓的。

    目前我們了解到的哈,像吉利、長安這些自主品牌都有在做這方面的研究。但是考慮到成本和品牌接受度,在推廣上可能還需要一段時間。

    6.老師好,我的是15款奧迪A6,2.0T那款,平時怎么用或保養能延長燒機油出現?

    燒機油這個問題是奧迪普遍存在的。它不光是增壓器的問題,可能還包括像通風系統、活塞環的刮油能力,這些都會影響到機油的消耗量。這個問題其實蠻復雜的,如果簡單一個方面的問題,那奧迪早就解決了。

    想防止燒機油的話,平時可以注意下曲軸箱通風系統,還有發動機表面看看它有沒有油氣的泄露,或者尾氣有沒有冒藍煙,這些都是異常的。如果這些都沒有,但還燒機油,那你只能跟奧迪的工程師了解一下了。

    7.請問老師,三十幾年前日本搞得渦輪增壓器發動機都是2bar,而現在的車型增壓只有不到0.8bar,這是技術進步還是技術倒退呢?

    日本在汽車產業方面的技術,可以說是世界領先的。像馬自達轉子發動機,還有豐田和本田的技術儲備,那都是世界一流的。可以這么說,三十年前它們搞出來的2bar應該是一個技術儲備,或者說是尖端技術的研究。如果真正在民用上的話,還要考慮民用是否需要。還要參照它的成本、老百姓的接受度等方面來綜合考慮。現在0.8bar和一些相對來說比較小的增壓度已經可以滿足老百姓日常生活的需求了,所以其它大的增壓度的普遍推廣都相對要低一些的。

    8.電子渦輪增壓會普及嗎?

    電子增壓其實就跟當年的那個電噴系統一樣。它還是屬于一些比較尖端的一個技術,它主要的難度是在控制上面。電子增壓完全是由ECU來進行控制,就是跟你發動機的運行工況,它是就沒有硬鏈接的。那么它完全靠ECU對你目前發動機的使用工況進行一個判定之后來控制電子增壓器的工作。那么這個控制就顯得非常復雜,發動機的任何工況它都要考慮到。一旦有工況考慮不全,就會造成你的燃油噴射量不足,或者燃油噴射量過量。這種對發動機的損害比較大。所以這個就目前來說的話可主要還是技術研究,普及還需要投入很多資源。




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