之前我们简单说了说为什么要给发动机加装增压器,其目的就是在不增加排量的情况下,可以大幅度提升动力。并且大大改善发动机的动力输出,可以使得扭矩平台异常宽泛,可以使得你在中低速时就获得极好的动力体验。虽然目的是一样的,但形式有很多种,今天我们要说的就是最常见的增压方式——涡轮增压。
什么是“涡轮”?
别管是什么形式,其目的都是为了增压,只是驱动增压器的动力方式不同而已。而涡轮则是一种可以将流动工质能量转化成机械攻的旋转式动力机械,你也可以把它看成一种空气压缩机。当流体流过转子时会冲击叶片,从而推动转子转动,然后驱动涡轮轴旋转,涡轮轴可以直接或者经过传动机构带动其他机械,输出机械功。
打个比方,你吹动一个风扇,风扇会带动中间的轴旋转,你吹出来的气体就已经转换成机械功了。而涡轮增压器则依靠发动机排出的废气来驱动,废气带动叶轮,叶轮则压缩空气滤清器送来的空气,完成增压过程后进气发动机汽缸。得到高压空气的发动机进气会更充分,空气压力和密度增大后就可以燃烧更多的燃料,从而获得更大的功率。
乘用车上的涡轮增压发展至今已经相当成熟,类别也有很多,比如双涡轮增压、单涡轮双涡管增压和可变截面涡轮。但本质都是涡轮增压,基本原理都是相同的。
涡轮增压的优点
最大的优点,就是在不增加排量的前提下,大大增加发动机的功率和扭矩,并且可以得到一个异常宽泛像平原一样的扭矩平台。量产车中,我们拿奔驰A45的2.0T涡轮增压发动机来举例。区区一台2.0T,被炸出了381匹马力,峰值扭矩更是达到了475N·m,并且这个数字可以从2250转一直持续到5000转。当然,为了得到这么大的功率,它也付出了不少代价,比如油耗、噪音、涡轮迟滞等等,事实上你拿个2.0T的EA888也能刷出来个300+的马力...但如果你想让一台2.0自然吸气发动机达到这个动力水平,那无疑是很难的。
换算下来,这台2.0T涡轮增压啊发动机升功率为190匹左右,斯巴鲁BRZ那台自吸发动机升功率不过100匹,在自然吸气发动机都算高的了。坊间也不乏一些改装案例,改装完涡轮增压之后动辄就是上千匹马力,当然,活塞、连杆、缸体等等也是经过强化的。
而上面这台就是来自本田大名鼎鼎的RA167E,排量为1.5T,最大功率达到了1050匹马力,我想用变态来形容它一点也不为过。增压器的增压值达到了4bar,其实单纯的加大增压值不是很难,但最主要是曲轴、缸体、活塞、连杆等零部件要承受住这么大马力。这台RA167E活塞质量误差小于50mg,连杆可以承受住1300倍的重力加速,全镁铝合金的缸体,当然还有极为精密的装配工艺,这可是上世纪八十年代...。好景不长,随后国际汽联就出台了对涡轮增压发动机增压值的限制规则,然后...然后涡轮增压在F1里就被禁用了。
涡轮增压的缺点
首当其冲,自然就是动力输出的突兀感,我想大家都知道一个词叫涡轮迟滞。我们说了涡轮增压装置可以看成一个压缩机,推动这个压缩机的则是发动机自身排出的废气,当你踩下油门的一瞬间,涡轮并不能马上进入高压状态,还是要通过先前发动机运作产生的废气来推动涡轮,达到一定转速后才能产生增压作用,随后增压后的空气才能冲进进气管道、中冷器等,进入缸内燃烧。踩下油门到增压空气参与燃烧,会由一定时间差,就造成了迟滞现象。
再者就是输出不线性。什么是线性?线性就是成比例可预知的变化,自然吸气发动机扭矩通常都是随着转速爬升而增强,油门不仅仅控制着转速,也控制着扭矩。
当然,除了这些使用感受层面的之外,还有一些比如可靠性、耐久性、零部件寿命等等,理论上这些涡轮增压是会在这些方面带来负面影响。但显然现在的技术已经很成熟了,涡轮增压已经多到自吸已成奢望的地步,身为使用者的我们基本不用因为这些而多虑。
涡轮增压省油吗?
很多人反应,说2.0T的发动机比2.0L的发动机费油,那当然是废话啊,功率上差太多了。在相同动力输出的前提下,涡轮增压发动机通常是要比自然吸气发动机省油的。因为通过增压,达到同样的功率,发动机可以做的更小,排量更小,从而降低了摩擦功、换热损失和泵气损失。
举一个明显一些的例子,同样的动力输出,原来自然吸气发动机高转速才能达到,而涡轮增压发动机可以在低转速区域就可以做到。所以一定程度上可以降低发动机转速,从而减少系统的摩擦损失,但涡轮增压并不会增加燃烧效率。
结语:涡轮增压可以说是我们生活中最常见的增压方式,虽然它有着种种不太好的地方,但总的来说还是利大于弊的。而且最可贵的是,涡轮增压其实变相的降低了我们获得“功率”的成本。
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