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生意社
干货!关于涡轮增压这些你知道吗?
http://www.qipei001.com 2016-12-06 17:48:27

  增压发动机的工作原理

  大家可能对自然吸气的发动机比较了解,现在普遍用的都是自然吸气的,它是通过发动机的活塞运动吸入正常压力的空气用于发动机的燃烧。现在常用的增压发动机主要有废气涡轮增压发动机和电子增压发动机,后者成本比较高,所以在民用和市场上都用得比较少。

  废气涡轮增压发动机的工作原理就是通过发动机燃烧的废气推动涡轮高速旋转,带动同轴的压气机叶轮旋转。这样就会使吸入的新鲜空气高速旋转产生离心力,并被压缩。由于压缩空气温度比较高,增压的机型的车上都会有中冷器。中冷器又分为风冷和水冷两种。被吸入的空气通过中冷器的降温。

  将吸入的空气进行加压之后,它可能在单位空间内相当于一个1.5甚至1.8的当量的空气量,同时它的氧气量也随之增加。这个时候我们通过电喷匹配喷更多的燃油。比如把1.0增加到1.5或者1.6,那么它就相当于一个1.5或1.6L的发动机的功率和扭矩。

  简单对比,一个同排量的增压和自然吸气的发动机,它们的升功率和升扭矩的提升可以达到百分之二十到百分之三十。

  增压发动机还能有一个比较明显的优势就是,我们可以把发动机做的更小型化,比如说我用一个1.0的发动机,进行增压之后,它就相当于一个1.5升或者1.6升的发动机。性能提升,但它的体积呢只相当于一个1.0L的。这样它就可以搭载更小的一些车型。

  增压发动机的性能还是一个比较明显的优势。大家应该知道,自然吸气发动机的扭距图谱类似于一个山峰,从山坡开始往上爬坡到了顶峰之后开始下降。那么它的顶峰只有一个点,而增压发动机可以在1200到1500转之间就达到这个顶峰,并且随着转速的升高一直维持这个最大扭矩。

  从这点上来讲,大家在低速驾驶增压发动机的时候,扭距就可以达到一个比较高的一个水平,那么低速加速和超车的时候,就会感觉非常的有信心。

  涡轮增压发动机的一个技术优点,就是向发动机供应额外的空气增大进气量,这样燃烧会更安全,还能够提高我们燃油的燃烧效率,同时还能减少排放物。这就是为什么目前只有增压机型比较容易达到更高的排放要求。比如马上2020年就要提倡的国六。

  增压机型在开发中的难点

  这主要在增压器的选配上。增压器跟发动机的匹配是目前开发过程中比较难的一点,它是针对不同的排量来选择不同型号的。

  一般排量越小的发动机,它选配增压器的难度越大。因为排量小的话,它在低速的时候,进气量与燃烧的废气要少很多,那么一般选配小的增压器,惯性比较小,才能容易让它在低速的时候介入工作。

  但是这在高速的时候就会存在一个问题,就是超速现象。当进入高速之后,由于它的惯性小,那它的转数会上升的非常快,就会出现超速。一般来说的话,小排量增压器的工作转数的限制是在三十万转。

  当真空度偏高的时候呢可能还出现压缩之后的空气回流现象。这些对增压器的寿命是影响比较大的,所以这是在匹配过程中是重点要解决的问题。

  还有一个难点就是增压器的喘震。在工作的过程中,由于需要大量的新鲜空气来进行压缩,那么,当新鲜空气的量和增压比相对少时,那么就像人喘气一样,进气量不够了,这个时候在压端的那个叶轮就会形成一些真空。这个时候就会产生一个很大的震动。振动的话就会导致增压器的工作不稳定,我们在工程上把它称之为喘震。一般增压器在选型的时候就会把它的喘振线测出来。我们就会尽量避免它出现。

  还有就是发动机在比较大的进气需求量工作的时候,突然踩了刹车,就导致进气量需求急速减少。压端那边还在工作,但是发动机进气门这边已经不需要这么大的进气量了。但是这个时候,增压器的转速不是刚性的,是柔性的。这个时候它的转速还需要通过一段时间才能够慢慢降下来。这个时候呢,增压器上非常重要的零部件就是进气泄压阀,也可以叫废气泄压阀,要进行一个强制泄气来保证发动机的工作平稳。

  这种工况在设计上的难点主要是在NVH方面。因为它的气压非常高,而泄气旁通阀那个通道,一般来说的话都不会设计得很大。这就会形成一种那种口哨的那种声音,所以说这是在整车匹配的时候,通常会选择就是一些消声元件,比如说像谐振腔啊,来弥补急速解压的时候压力造成的NVH影响,让使用者不容易察觉。

  所以说,大家在开增压机型的时候如果能听到这种声音其实是正常的。这不会对使用有任何的影响,只是可能会让你产生一种不舒服的感觉。

  还有就是增压器是在高温情况下下工作,一般排气温度可以达到8、900℃,而且这个高温气体是直接进入增压器工作的。所以,如果增压机型的车子在使用完停车后,你会听到整车的风扇和冷却系统还会持续工作大约30秒左右,才会自动停止。这是为了在停机之后保证使增压器能冷却下来。

  在这方面,国外比较高端的车型上会配备一个电子辅助水泵。它是只给增压器提供的冷却循环水路,而在发动机正常工作的时候是不工作的,在发动机停机的前半分钟才开始工作,保证增压器冷却后才停止工作。

  国内外发动机有何差距?

  目前国产和合资品牌涡轮增压发动机的差距,并不是在增压器本身上。可能主要是在发动机本体,包括摩擦损失和燃烧开发等方面。但是增压器本身的可靠性和匹配这方面的差距其实并不是很大。

  一个主要原因就是我们现在使用的增压器基本上都是像霍尼韦尔,博格华纳这些国外供应商。

  增压机的日常维护保养?

  介绍一下增压器的日常维护和保养。刚刚介绍了喘振的原理,其实是进气量不匹配了。那么造成这种进气量突然减小的原因,主要是空滤器堵塞或者增压器出现泄露。所以日常在进行检查的时候,主要检查一下空气滤清器、增压器,还有增压器与发动机排气气管之间的密封性,还有紧固件是否有松动、管路破裂这种情况。

  就增压器本体而言,无论是国内还是合资品牌的增压器设计,都是终身的。就是说,只要能确保冷却润滑系统还有进排气系统的正常工作,那么增压器本身其实是不需要维护和保养的。

  高海拔地区适合增压机吗?

  增压机型在高海拔地区会比自然吸气的表现会更好。

  由于高原地区空气相对比较稀薄,进相同气量的时候,氧气含量相对要低的。无论是增压发动机还是自然吸气发动机,在高原工作的时候,性能都会下降。对于增压发动机来说,因为涡轮有一个增压的过程,我们在增压进行匹配的时候会有一个高原补偿。当它测定到空气压力偏低的时候,ecu会控制增压器进行一个压比的提升,所以增压机型在高原上性能下降得没那么明显。

  网友常说的涡轮介入的说法对吗?

  涡轮介入这种说法是有的。因为废气涡轮增压器和发动机本身是一个柔性连接。比如说在发动机怠速的时候,进气量和本身发动机转数都比较低,那么这个时候增压器叶轮的转数也会相对比较低。所以一般的情况下,设计比较好的发动机会在1200转。

  增压器在介入工作之后,它的排量可以得到提升。大家在开车的时候可以明显感觉到增压发动机在上了一千五百万以后的时候,加速的推背感会非常明显。其实在这个时候,增压器才真正开始介入工作。之前虽然在工作,但增压效果没有那么明显,大家就容易感觉没有增压一样。

  最后跟大家介绍下,为什么大家会说增压机型的燃油经济性会比自然吸气的更好。其实这个是因为参照对象有所不同。比如当我们说到1.0L的增压发动机的油耗好的时候,其实是相比1.5L来说的,并不是说1.0L的增压发动机会比1.0L自然吸气的节油。从实际测试来看,1.0增压发动机比1.0升自然吸气的百公里油耗其实是要高的。

  问答:

  1.宝马标致的发动机,最大扭矩转速能到1200,有些机型在1800以上,宝马是如何做到的?

  它们一般是在低转速会增加一个扫气功能。就是说这个扫气功能在怠速时,会增加进气量。这是通过延长气门关闭时间实现的,能够更快的让增压器的转数提高,从而介入到完全工作中。

  2.宝马同样的2.0增压发动机,但是有不同的高低功率版本,这是增压器有所区别吗,还是只是调校的不同?

  不光宝马,包括福特等合资公司,它们的增压机型一般都会出两个版本,一个是高功率一个是低功率版,它们在硬件上是完全没有区别的。增压机型的潜力其实是很大的,它的扭矩和功率可以做得非常高,开发不同的版本就是为了适应不同的用户。比如搭5MT或6MT,一个低配可以就可以降低成本适应不同的用户群。

  3.在怠速到最大扭矩最低转速的过程中,增压器是否在工作,还是泄压阀打开,此时增压器并未给进气加压?

  从怠速到最大扭矩转数,其实增压器是在工作的。但是因为怠速的进气量比较小,这个时候气流带动增压器涡轮的转数非常低。这个时候压比不能够达到那个最大扭矩的要求,所以虽然它是在工作的,但是并不明显。也就说怠速的时候基本上发动机就是跟自然吸气是一样的。等涡轮达到一定转数的工作状态之后,进气压力才会得到提升,这个时候增压器才开始正常工作。

  4.老师请讲讲大众一直引以为傲的小排量涡轮增压器是不是日本石川岛播磨制造的?

  从行业内了解,日本石川它们的那个增压器一般只供给日本企业,很少给外企供。

  5.刚才老师提到了电子增压,最近奥迪的电子增压发动机要量产了,为什么这个东西现在才开始普及,它是将来的趋势吗?自主品牌是否已经开始做这方面的研究和开发?

  电子增压器,主要是一个成本方面考虑。因为以前使用的比较少,它的成本比较高。那么在这个涡轮增压可以接受情况下,大部分厂家都选择涡轮增压的。

  目前我们了解到的哈,像吉利、长安这些自主品牌都有在做这方面的研究。但是考虑到成本和品牌接受度,在推广上可能还需要一段时间。

  6.老师好,我的是15款奥迪A6,2.0T那款,平时怎么用或保养能延长烧机油出现?

  烧机油这个问题是奥迪普遍存在的。它不光是增压器的问题,可能还包括像通风系统、活塞环的刮油能力,这些都会影响到机油的消耗量。这个问题其实蛮复杂的,如果简单一个方面的问题,那奥迪早就解决了。

  想防止烧机油的话,平时可以注意下曲轴箱通风系统,还有发动机表面看看它有没有油气的泄露,或者尾气有没有冒蓝烟,这些都是异常的。如果这些都没有,但还烧机油,那你只能跟奥迪的工程师了解一下了。

  7.请问老师,三十几年前日本搞得涡轮增压器发动机都是2bar,而现在的车型增压只有不到0.8bar,这是技术进步还是技术倒退呢?

  日本在汽车产业方面的技术,可以说是世界领先的。像马自达转子发动机,还有丰田和本田的技术储备,那都是世界一流的。可以这么说,三十年前它们搞出来的2bar应该是一个技术储备,或者说是尖端技术的研究。如果真正在民用上的话,还要考虑民用是否需要。还要参照它的成本、老百姓的接受度等方面来综合考虑。现在0.8bar和一些相对来说比较小的增压度已经可以满足老百姓日常生活的需求了,所以其它大的增压度的普遍推广都相对要低一些的。

  8.电子涡轮增压会普及吗?

  电子增压其实就跟当年的那个电喷系统一样。它还是属于一些比较尖端的一个技术,它主要的难度是在控制上面。电子增压完全是由ECU来进行控制,就是跟你发动机的运行工况,它是就没有硬链接的。那么它完全靠ECU对你目前发动机的使用工况进行一个判定之后来控制电子增压器的工作。那么这个控制就显得非常复杂,发动机的任何工况它都要考虑到。一旦有工况考虑不全,就会造成你的燃油喷射量不足,或者燃油喷射量过量。这种对发动机的损害比较大。所以这个就目前来说的话可主要还是技术研究,普及还需要投入很多资源。

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