渦輪增壓與機(jī)械增壓簡(jiǎn)介

1、 隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)于交通工具要求的不斷提高，如何能讓一臺(tái)小排量的發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)出大排量的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力呢？增壓技術(shù)是最為行之有效的方法之一。我們目前在車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的進(jìn)氣增壓技術(shù)，最早源于飛機(jī)高空飛行的需要，我們都知道一般發(fā)動(dòng)機(jī)是利用氣缸活塞下移形成真空，吸入空氣而實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣的過(guò)程，這就是所謂的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。而自然吸氣方式因“被動(dòng)”地實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣動(dòng)作，所以在高空中由于空氣稀薄進(jìn)氣效率不高，大大影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功能發(fā)揮。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣效率，于是發(fā)明了增壓進(jìn)氣技術(shù)。 渦輪增壓(Turbochanger)與機(jī)械增壓 (supercharger)是進(jìn)氣增壓的兩種不同方式

2、,主要的不同在于增壓器的驅(qū)動(dòng)方式。最早的增壓器全部都是機(jī)械增壓，在剛發(fā)明時(shí)被稱超級(jí)增壓器(Supercharger)，后來(lái)渦輪增壓發(fā)明之后為了區(qū)別兩者。起初渦輪增壓器被稱為T(mén)urbo Supercharger，機(jī)械增壓則被稱為Mechanical Supercharger，久而久之，兩者就分別被簡(jiǎn)化為T(mén)urbocharger與Supercharger了。德國(guó)人由于德語(yǔ)的關(guān)系把機(jī)械增壓叫做Kompressor，這就是為什么奔馳的1.8L機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)叫做200K的原因，而且Kompressor這一德語(yǔ)詞匯還印在了其他的裝有機(jī)械增壓器的德國(guó)車(chē)上。渦輪增壓器(Turbochanger)的機(jī)構(gòu)與工作原

3、理：渦輪風(fēng)扇在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)往往都達(dá)到上萬(wàn)的轉(zhuǎn)速    無(wú)論增壓由發(fā)動(dòng)機(jī)的排出的廢氣驅(qū)動(dòng)。渦輪由兩部分組成，一是新鮮空氣增壓端（壓縮泵輪）、另一部分為廢氣驅(qū)動(dòng)端（廢氣渦輪），兩端各有一個(gè)葉輪，在同一軸上的兩邊渦輪之間還有一個(gè)泄壓觸發(fā)器（Wastegate）設(shè)在廢氣渦輪那邊，當(dāng)壓縮渦輪壓力過(guò)大，壓力便會(huì)推動(dòng)觸發(fā)器將廢氣渦輪的閥門(mén)打開(kāi)，降低氣壓，以防止增壓過(guò)度。 渦輪輪軸的支承為軸套軸套里邊的軸承設(shè)計(jì)可以分為滾珠軸承和浮動(dòng)軸承。渦輪增壓器葉輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力來(lái)自于廢氣。廢氣帶動(dòng)渦輪，在渦輪的另一邊，葉片壓縮空氣。渦輪增壓器殼體為鎳、鉻和硅合金材料，軸為鉻和鉬

4、合金材料。更重要的是，渦輪增壓器是在高溫、高速條件下工作的，為保證其正常工作，在渦輪增壓器中通入了機(jī)油和冷卻液，以保證有效的潤(rùn)滑和冷卻，改善工作條件。渦輪增壓器工作示意圖 發(fā)動(dòng)機(jī)排出的具有高溫和一定的壓力的廢氣進(jìn)入增壓器中，推動(dòng)軸的葉輪以每分鐘高達(dá)數(shù)萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的高速度旋轉(zhuǎn)，怠速時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)速為12000轉(zhuǎn)/分，當(dāng)全負(fù)荷時(shí)，葉輪轉(zhuǎn)速可超過(guò)135000轉(zhuǎn)/分，普通的軸承是無(wú)法承受如此高速而產(chǎn)生的高溫和磨損的，所以在渦輪增壓系統(tǒng)里邊機(jī)油的潤(rùn)滑和冷卻作用至關(guān)重要。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也有不少裝配渦輪增壓系統(tǒng)的，而且柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的最大增壓值普遍比汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最大值高。也正是為了渦輪增壓器良好的散熱需要，

5、一般裝有渦輪增壓器的車(chē)輛要求熄火前怠速運(yùn)行片刻。 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的代表車(chē)型：一汽大眾邁騰裝備的是2.0TSI發(fā)動(dòng)機(jī)斯巴魯翼豹配備的是水平對(duì)置2.5T發(fā)動(dòng)機(jī)寶馬750Li配備的是V8 Twin Turbo發(fā)動(dòng)機(jī)寶馬7系上使用的并聯(lián)渦輪增壓器保時(shí)捷的VTG可變渦輪幾何葉片技術(shù)渦輪增壓器的A/R值：     A/R值在改裝市場(chǎng)的渦輪增壓器銷(xiāo)售冊(cè)上常有標(biāo)明，用以表達(dá)渦輪的特性，A是Area（面積）的意思，指的是葉片渦輪接受廢氣的側(cè)入口最窄處的橫截面積，R是Radius（半徑），指的是A（橫截面積）的中心點(diǎn)與渦輪本體中心點(diǎn)的距離，面積與兩中心點(diǎn)距離的比值，就是A/R值

6、。    A/R值越小，表示入口相對(duì)較小而渦輪葉片的起動(dòng)慣性低，流速相對(duì)高，低轉(zhuǎn)反應(yīng)比較好，渦輪遲滯效應(yīng)不明顯。反之，A/R值越大入口較大，葉片慣性高，低轉(zhuǎn)反應(yīng)比較遲鈍，渦輪遲滯較明顯，但在高轉(zhuǎn)時(shí)表現(xiàn)則剛烈得多。簡(jiǎn)單而言，較注重高轉(zhuǎn)功率輸出的渦輪，A/R值可以達(dá)到0.7左右，而注重低轉(zhuǎn)扭力輸出的渦輪，A/R值大約為0.2。保時(shí)捷的VTG可變渦輪幾何葉片技術(shù)則是通過(guò)改變渦輪的A/R值達(dá)到不同的渦輪特性。機(jī)械增壓(supercharger)的結(jié)構(gòu)與工作原理：    機(jī)械增壓器壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，一般都是利用皮

7、帶連接曲軸皮帶輪，間接將曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)的扭力帶動(dòng)增壓器，達(dá)到增壓目的。依構(gòu)造不同，機(jī)械增壓會(huì)經(jīng)出現(xiàn)過(guò)許多種類，包括葉片式(Vane)、羅茲(Roots)、溫克爾(Wankle)等型式，而活塞運(yùn)動(dòng)最早也被認(rèn)為是一種機(jī)械增壓，時(shí)至今日，則以羅茲增壓器最被廣泛使用，更是改裝的大熱門(mén)。羅茲增壓器有雙葉與三葉轉(zhuǎn)子兩種型式，目前以雙葉轉(zhuǎn)子較普遍，其構(gòu)造是在橢圓形的殼體中裝兩個(gè)繭形的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子之間保有極小的間隙而不直接相連，藉由螺旋齒輪連動(dòng)，其中一個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)的皮帶輪連結(jié)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的皮帶輪上裝有電磁離合器，在不需要增壓時(shí)即放開(kāi)離合器以停止增壓,離合器則由計(jì)算機(jī)控制以達(dá)到省油的目的。機(jī)械增壓器結(jié)構(gòu)圖 

8、;   機(jī)械增壓的優(yōu)點(diǎn)：除了在低轉(zhuǎn)速便可獲得增壓外，增壓的動(dòng)力輸出也與曲軸轉(zhuǎn)速成一定的比例，即機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的油門(mén)反應(yīng)隨著轉(zhuǎn)速的提高，動(dòng)力輸出隨之增強(qiáng)，因此機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的操作感覺(jué)與自然吸氣極為相似，卻能擁有較大的馬力與扭力。缺點(diǎn)在于始終是損耗了發(fā)動(dòng)機(jī)本身的動(dòng)力，在高轉(zhuǎn)時(shí)效率沒(méi)有Turbo高等。機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的代表車(chē)型：裝備羅茲式機(jī)械增壓器的克爾維特ZR1奔馳E200K和C200K所使用的1.8L機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)    斯巴魯翼豹WRX STI的原廠中冷器    最后要說(shuō)的是，無(wú)論那種增壓方式，增壓后的空氣都要送到中冷器（intercooler）去降溫（增壓等于對(duì)空氣做功，氣壓增加到1bar的時(shí)候溫度會(huì)升到80度左右，溫度上升后空氣體積會(huì)增加，同體積時(shí)進(jìn)入燃燒室的空氣質(zhì)量減少，對(duì)增壓不利，所以要用中冷器進(jìn)行冷卻），過(guò)高的氣壓會(huì)在泄壓閥（Blow-off Wastegate）放掉，所以有時(shí)我們可以聽(tīng)到渦輪增壓車(chē)子上有“吱吱”的泄氣聲，增壓后的空