Turbo及SuperCharge的工作原理
分为Turbine, Compressor and Housing.
废气由气喉排出,推动Turbine里的风片,经由housing 里的轴承推动compressor 的风片以至起到压缩空气的效应。由于air intake 末端加上了compressor, 因此吸入更多的气以供燃烧。但值得一提的是在吸入更多的空气的同时也需要增加其供油量。
以上就是对turbocharge简单的陈述。有兴趣者可私下讨论
机械式增压(SuperCharge)
与turbo的工作原理是一样的。目的就是在于吸入更多的空气。但不同点是在于supercharge 是用曲轴(cam gear)来带动,而不是废气压力。因此,supercharge 需要消耗掉比turbo更多的动力来带动. 所以supercharge不适用于小排气量的车辆。
以上有错误之处请各位更正
SUPERCHANGE
在国内称为机械增压
机械增压器采用皮带与引擎曲轴皮带盘连接,利用引擎转速来带动机械增压器内部叶片,以产生增压空气送入引擎进气歧管内,整体结构相当简单,工作温度界于70℃-100℃,不同于涡轮增压器靠引擎排放的废气驱动,必须接触400℃-900℃的高温废气,因此机械增压系统对于冷却系统、润滑油脂的要求与NA自然进气引擎相同,机件保养程序大同小异
由于各类引擎的皮带盘尺寸差异不大,同时受限于引擎安装空间,因此机械增压器的工作转速远低于30,000rpm,与涡轮增压器经常处于100,000rpm以上超高转域的情形相去甚远,同时机械增压器转速是完全连动于引擎转速,两者呈现平起平坐的现象,形成一组稳定之等差数线,而且增压器与引擎之间会互相影响,当一方运转受阻的时候,必定会藉由皮带传输而影响另一方的运作,这就是机械增压器的特性。
汽车涡轮增压器由于制造成本的限制,市售车辆的引擎最高转速多半维持在7500rpm以下,理想的机械增压器应该在1000rpm-7500rpm的引擎工作区域之内,产生一足够且稳定之增压值,让引擎输出
提升20-40%,因此机械增压器必须在低转速就产生增压效应,通常引擎一脱离怠速区域,在1000rpm-1300rpm即能带动机械增压器产生增压效果,并延续烈 孀罡咦 伲 虼苏 逶鲅骨 呤浅氏忠换翰缴仙 交 撸 晒┯统绦蛴胄寡狗У牡髡 纯纱锍伞案咴 汀币 媸涑龉β是 叩哪勘辍?
不过看似完美无缺的机械增压系统,却有一个小问题存在,由于机械增压器的动力来源完全依靠引擎带动,而引擎的负担越轻,转速提升就越快,这就是为什么比赛用房车都事先拆除冷气压缩机的原因,若是方程式(formula)赛车,甚至连激活马达、机油帮浦都改成外部连接,以减少对引擎造成的负担,因此增压器本身的运转阻力必须越小越好,才不会拖累引擎的工作效率。
然而增压器产生的能量(增压值)与阻力成正比关系,如果一味追求增压值,虽然引擎输出的能量大增,但是相对的增压器内部叶片受风阻力也会升高,当阻力达到某一界限时,增压器本身的阻力会让引擎承受极大的负担,严重影响引擎转速的提升,因此设计师必须在增压值与引擎负担之间取得妥协,以避免高增压系统带来的负面效应。
目前欧洲生产的机械增压系统多半采取0.3-0.5kg/c㎡的低增压,着重在于低转速扭力输出与
中高转速“高原型”马力输出,而台湾“特嘉”研发的新式低阻抗增压器可以产生0.6-0.9kg/c㎡的中度增压值,动力提升的幅度更为显著,虽然机械增压系统在现阶段仍然无法突破1.0kg/c㎡的高增压范围,而涡轮增压早已突破2.0kg/c㎡的超增压境界,单就效率而言,涡轮增压系统可以用“倍数”来提升引擎输出,但是两者在结构上无法相提并论。
高增压涡轮增压系统必须让引擎承受由负压转变为正压的剧烈变化与高压,因此引擎内部机件的材质与加工精密度要求很高,对于冷却、润滑系统的要求也远较一般引擎来得高,保养间隔短、手续繁杂、工作寿命短..等等都是高增压值涡轮引擎的缺点。
在引擎机件维持原有形式,不用额外制造高单价精密机件的情形下,机械增压系统可以让引擎动力输出增进20-40%,又不至于造成维修体系的负担,因此各大车厂在近年都有开发机械增压引擎的计划,例如:BENZ、Jaugar、Aston Martin..等等欧洲高级车厂都采用机械增压系统来延长现有引擎的生产寿命,并达成环保、省油、高效率的目标,以大幅节省新引擎的开发费用。
Turbo Charge
参加竞赛的跑车或方程式赛车一般在发动机上装有涡轮增压器,以使汽车迸发出更大的功率。发动机是靠燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的,输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制,所产生的功率也会受到限制,如果发动机的运行性能已处于最佳状态,再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量,提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下,涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。
构造 涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器,涡轮室进气口与排气歧管相连,排气口接在排气管上;增压器进气口与空气滤清器管道相连,排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内,二者同轴刚性联接。
原理 涡轮增压器实际上是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。当发动机转速增快,废气排出速度与涡轮转速也同步增快,叶轮就压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量和调整一下发动机的转速,就可以增加发动机的输出功率了。
技术 涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上,处在高温,高压和高速运转的工作状况下,
其工作环境非常恶劣,工作要求又比较苛刻,因此对制造的材料和加工技术都要求很高。其中制造难度最高的是支承涡轮轴运转的“浮式轴承”,它工作转速可达10万转/分以上,加上环境温度可达六、七百度以上,决非一般轴承所能承受,由于轴承与机体内壁间有油液做冷却,又称“全浮式轴承”。
缺点 另外涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用,但也有它的缺点,其中最明显的是,“滞后响应”,即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓,即使经过改良后的反应时间也要1.7秒,使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的汽车而言,瞬间会有点提不上劲的感觉。
改进但是涡轮增压器毕竟是无本生利的事情,它是利用发动机的废气工作的,这些废气的能量如果不加以利用也会白白地浪费掉。因此,自从涡轮增压器面世以来,人们就经常对它进行技术改造,例如提高加工精度,尽量减少涡轮与涡轮室内壁的间隙,以便提高废气能量利用率;采用新型材料陶瓷,利用陶瓷的耐热高,刚度强,重量轻的优点,可以将涡轮增压器做得更加紧凑,体积更少,而且能减少涡轮的“滞后响应”时间。
在最近30年时间里,涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上,它弥补了一些自然吸气式发
动机的先天不足,会发动机在不改变气缸工作容积的情况下可以提高输出功率10%以上,因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率,藉以实现轿车的高性能化。
提高压缩比是提高发动机功率的措施之一。而提高压缩比有两种途径,一种是采用高顶活塞及改变曲轴行程或者改变燃烧室形状,这是牵一动百的举措,花费较大;另一是增加进气量的方法,采用强制性方式加大空气灌输量,就是涡轮增压器的方法,这是一种不改变发动机基本结构,花费较少的做法。在“涡轮增压器”一文,已经简单介绍了它的构造、原理等方面的知识,现在再谈一谈它的具体形式。
差别以前废气涡轮增压器多用在柴油发动机上,例如载重汽车和大客车上的柴油发动机。现在不少轿车汽油机上也使用废气涡轮增压器。轿车用的废气涡轮增压器都采用单入口涡轮外壳,也就是说只利用废气排气的压力能量,不需使用其它的辅助能量。由于轿车发动机的转速范围大,因此废气涡轮增压器必须要有调节装置,以使发动机能在一定转速范围内获得比较恒定的增压压力。另外,汽油机是点燃式点火,它的压缩比是有一定范围限制的,过高就会引发爆燃。因此,还要有爆燃检测及控制机构,随时调整点火提前角。
安装轿车的废气涡轮增压器一般安装在排气管附近,涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内,二者同轴刚性联接,同步旋转。
调节目前的涡轮增压器的调节装置大都在排气侧进行调节,当不需要增压时,例如怠速或者有爆燃先兆时,一部分排气会通过旁通阀泄出而不进入涡轮增压器。当发动机转速每分钟达到1800转时,电磁阀就会关闭旁通阀让排气流指向涡轮一侧,使涡轮转动。另外还有一种设计,就是调节涡轮叶片的角度,通过阻力的改变来调节涡轮的转速,从而改变增压量。
冷却对空气进行冷却可以使空气收缩增大密度,在同等容积下塞进更多空气,还可以防止爆燃。因此轿车的涡轮增压器都安装有中间冷却器,这种中间冷却器一般用空气冷却,安装在发动机散热器前面、旁边或者单独一个位置,利用汽车迎面气流或者自身风扇冷却。
关键涡轮增压器的关键零件是轴承。这种根据润滑形式命名的轴承被称为“全浮式轴承”,工作转速极高,工作环境恶劣。因此,保证润滑是非常重要的事情。如果因油压低导致机油供给缓慢,就会损坏轴承从而导致涡轮增压器失效。在正常的发动机启动是不会发生此类故障的,但如果发动机更换机油和机油过滤器后第一次启动,就会产生机油供给缓慢现象,使轴承缺乏机油润滑。在这种情况下,启动后要怠速运转3分钟左右,不可直接将转速提升到涡
轮增压器启动转速。同样,在高速及上坡后也不要使发动机立即停止,要使发动机继续怠速运行1分钟左右,使仍继续空转的涡轮增压器轴承不会缺油。因此,使用涡轮增压器汽车的司机,一定要遵循厂家的指示操作,还要十分注意机油的质量,不宜将涡轮增压器汽车视同一般汽车进行操作。
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