渦輪只會調壓力?你太不了解渦輪了,來看看原理吧!

2020-06-11     無敵改裝車

了解如何玩好Turbo之前先來一點渦輪小常識:

1、渦輪的結構

渦輪增壓器的英文全稱是Turbocharger,也可以簡稱為Turbo。

左邊紅色腔體部分叫渦輪機(Turbine)或者渦輪廢氣側,扇葉在受到高溫高壓高速的發動機廢氣後會高速旋轉,廢氣推動完葉片後,由圖中最左側的(中央開口處)管路流入排氣管,它也是渦輪工作的驅動力提供者。

中間黃色部分是一個傳動軸(Shaft),其作用是將Turbine扇葉的旋轉力儘可能少損失地傳遞,這根傳動軸的兩頭各有一個「止推軸承」讓其穩定工作,當然了,這裡頭還有冷卻油路或油路+水路。

右邊藍色的腔體名為壓縮機(Compressor),由渦輪機一側扇葉轉動傳遞來的旋轉力帶動壓縮側扇葉轉動,經過空氣隔後的新鮮空氣從中央被吸入後,通過扇葉轉動產生的離心力將空氣甩向外殼邊緣的同時,也將空氣進行了壓縮後,由圖中右上方那個藍色的口流出,流向中冷器(Intercooler)或者節氣門。

圖:這個就是渦輪增壓器內的核心組件:扇葉,下方扇葉為廢氣側扇葉,上方則為壓縮側扇葉。

2、渦輪的工況

渦輪增壓器主要的受熱是Turbine一側接受的高溫排氣,一般可以達到800~900°C,即使扇葉採用鈦合金等導熱能力很差的材質,其熱量也會通過軸承傳遞給壓縮側的扇葉,加上高溫排氣的流速接近音速,扇葉的轉速能達到每分鐘20萬轉,即使軸承由機油負責冷卻,甚至採用滾珠軸承降低摩擦發熱,其摩擦發熱量也是驚人的,所以,扇葉及軸承在使用一段時間後便要進行保養或者更換,這是最基本的渦輪增壓器使用的常識。

圖:這是整個渦輪增壓引擎的工作流程圖:1、進氣;2、經過壓縮的空氣;3、中冷器為壓縮過的新鮮空氣降溫;4、進入引擎燃燒室;5、排氣;6、進入廢氣側扇葉驅動扇葉組旋轉;7、進入排氣管。

3、渦輪應用的小歷史

渦輪增壓器由瑞士工程師Alfred Büchi於1905年發明並取得專利,而其最早的實際應用是在飛機上使用,而第一台渦輪增壓引擎則出現於上世紀二十年代的Napier Lion十二缸飛機引擎上,1912年由德國人魯道夫.迪塞爾將之應用在柴油引擎上,而今天被廣泛認知的汽油機用渦輪增壓器,則到了1962年的奧茲無比(Oldsmobile)Aluminum 215的V8引擎上才出現,名為「Turbo-Rocket」;歐洲的第一台渦輪增壓車型是1973年推出寶馬2002 Turbo上的M31(1990cc)引擎;而日本第一台渦輪增壓車型則是1979年日產推出的Cedric公爵(參數|圖片)及Gloria歌利亞上的L20ET引擎。

圖:1962年的Oldsmobile推出了首台名為Turbo Rocket的V8引擎,馬力215匹/4600轉,渦輪在2000轉開始進入正壓,最大增壓值為0.34 Bar。

圖:1973年,寶馬在2002上搭載了歐洲首台渦輪增壓引擎,代號M31,使用KKK的渦輪增壓器,壓縮比只有非常低的6.9:1,配以機械式燃油噴射,5800轉時能產生170匹馬力。

圖:作為全球汽車工業三強地區之一的日本,到了1979年才首次推出汽油渦輪增壓引擎,搭載於公爵上的L20ET直列六缸引擎,但這台引擎沒有配備中冷器,最大馬力為145匹。

雖然在汽車上使用渦輪增壓器的歷史已經有數十年時間,但這一路走來並非一帆風順,在第二次石油危機前,各個汽車廠商對於渦輪增壓器的應用也有各自不同的見解和趨向,而當中更多的是考慮到在一定的排氣量下儘可能地壓榨出更多的動力為思路,所以也有了八十年代一級方程式那種1.5升輸出一千多匹的變態設定(例如本田RA166E的V6引擎達1055匹),而乘著這一輪的餘波,九十年代開始興起的高性能渦輪增壓引擎也成為了許多車迷心中的一種信仰和情懷(例如福特Escort(參數|圖片)上的Cosworth YBT引擎、三菱的4G63引擎等等)。2005年,大眾開始掀起了一股小排量引擎渦輪化的大潮(EA211、1.4升TSI雙增壓引擎),通過與缸內直噴技術的結合而令小排量引擎獲得近似於較大排量引擎的動力參數,這也是不能不說是一種對地球生態環境的妥協和維護。

通過上文的原理和歷史的介紹可知,其實渦輪增壓器這個引擎子系統是由多個組件構建而成,當中的學問自然也非常多,例如壓縮腔有A/R值,中冷器的大小和厚度、進氣管道的材質和管徑搭配、進氣泄壓閥的靈敏度、廢氣旁通閥的反應等,都會影響到整個渦輪增壓系統的效率和引擎最終的動力輸出曲線圖,所以對於許多車主而言,看到這麼多的Check Point是不是就開始迷糊了,「這麼多的要領、這麼高的難度,那怎麼玩好我的渦輪引擎呢?」

圖:如何提高扇葉效率、如何讓廢氣衝擊廢氣側扇葉時更有效地控制轉速,這是目前渦輪增壓器發展的大方向,於是,VTG渦輪就此誕生。

圖:Intercooler中冷器是幾乎所有渦輪增壓系統都已經必備的核心組件之一,空氣被壓縮側扇葉壓縮後,空氣的密度增大、隨之發熱量就會增加,但高溫氣體的氧密度低,與燃油混合後的燃燒效率不足,所以中冷器就是為了降低進氣溫度而設。

其實,抽絲剝繭地,渦輪增壓系統並沒有這麼多難點,更加不用畫重點,作為普通駕駛者,其實只需要把握住重點即可,那就是我們上面已經提及的扇葉輪組,只要知道它是整個渦輪增壓系統的核心部件,你就知道從哪裡入手了,俗語不是說嗎,打蛇打七寸、擒賊先擒王嘛,玩好渦輪的第一步,可以從更換扇葉輪組開始。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/gVUKo3IBiuFnsJQVfCvx.html