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涡轮增压简介

涡轮增压百年魅力:

1905年,苏尔寿(Sulzer)兄弟研发公司发明了世界上第一台涡轮增压器,为此后高性能发动机的产生提供了良好的解决方案。早期的涡轮增压器主要应用在航空领域。到20世纪30年代,由于在赛车上的应用,涡轮增压发动机已经变得广为人知。随后,涡轮增压器逐渐扩展到量产车领域,先是卡车,然后是轿车。

在涡轮增压器长达一个世纪的开拓和发展方面,盖瑞特(Garrett)公司起到了至关重要的作用。1953年,盖瑞特公司研发了T02涡轮增压器,并取得巨大成功。1954年,盖瑞特成立空研工业部,专门从事涡轮增压器的设计与制造。到1961年,又在汽车界首次尝试将涡轮增压器应用到轿车上。在随后的发展中,盖瑞特逐渐演变成世界上最著名的涡轮增压器厂商。到1999年,盖瑞特并入霍尼韦尔(Honeywell)公司,但增压器产品仍沿用盖瑞特商

涡轮的定义:

Turbo,即涡轮增压,简称T,最早时候由瑞典的萨博(SAAB)汽车公司应用于汽车领域。现在很多人都知道了,涡轮增压简称TURBO,如果在轿车尾部看到TURBO或者T,即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机。例如大众宝来的1.8T、帕萨特的1.8T、通用汽车的1.6T,2.0T系列车型等等。这些汽车的发动机工作,是靠燃料在发动机气缸内燃烧作功,从而对外输出功率。在发动机排量一定的情况下,若想提高发动机的输出功率,最有效的方法就是多提供燃料燃烧。然而,向气缸内多提供燃料容易做到,但要提供足够量的空气以支持燃料完全燃烧,靠传统的发动机进气系统是很难完成的。

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。

要想知道涡轮为什么在工作的时候会这么通红,看了下面的工作原理,你就明白了!

据资料显示:

普通涡轮发动机能够在启动后不久轻松达到600摄氏度,而使用AVG技术的涡轮会产生1000摄氏度的高温,令人称奇的布加迪威龙,其4涡轮发动机的最高温度能突破1600摄氏度,下面照片中这个1000匹马力的发动机,其工作温度也达到了1600度左右。

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某款发动机的涡轮增压器工作时状态

福特涡轮发动机:此为实验人员榨取发动机1000马力时的工作状态,但是下面这张图可是涡轮发动机正常工作的图,反正我是对此类发动机的散热很担心

据称:达到1000马力时,涡轮已经超过1600摄氏度

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某车型1.8T涡轮引擎,熄火后立刻查看发动机舱!!!!惊人!!!!!!

涡轮烧红是正常工作状态。迈腾号称的水冷涡轮增压也不过是指中冷器冷却,停车后还需要运转一段时间才能降温。大扭矩就是这样换来的

涡轮增压温度=废气温度+涡轮快速转动摩擦温度+进气空气压缩温度。

增压器的涡轮端装有合金密封环,如果此密封环损坏,发动机高速运转时,废气会通过密封环进入发动机润滑系统,将机油变脏,并使曲轴箱压力迅速升高,发动机低速运转时,机油会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧,从而造成机油的过度消耗。因此,当出现上述两种异常情况时,即说明涡轮增压器有故障,必须拆下检修。

由于废气涡轮增压器经常处于高速、高温下工作,增压器废气涡轮端的温度在600℃左右,增压器转子以832~1040r/min 的高速旋转。涡轮增压叶片每秒就转动17次,这才是产生高温最主要的因素。

下面多看几个图

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【大众1.8T发动机】工作时状态

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涡轮增压工作原理

就拿汽油机工作原理来说,每向气缸里面提供1公斤的汽油,大约需要气缸吸入15公斤的空气,才能保证汽油充分燃烧。然而这15公斤的空气,其体积将是非常大的,光靠气缸在发动机进气过程产生的真空度,不容易将这么大体积的空气完全吸入。因此,提高发动机吸入气体的能力,也就是提高发动机的充气效率就显得尤为重要。有两种方法来增加发动机的进气量,第一种是后段式增压技术,从原理上讲,后段式增压技术就是采用专门的压气机将气体在进入气缸前预先进行压缩,提高进入气缸的气体密度,减小气体的体积,这样,在单位体积里,气体的质量就大大增加了,进气量即可满足燃料的燃烧需要,从而达到提高发动机功率的目的。增压过程中采用的压气机又叫做增压器。第二种是前段式进气技术,还是利用气缸的真空度,从进气支管将空气补充进气缸。不管是哪种技术,控制好进气量是关键。

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涡轮增压发动机是依靠涡轮增压器来加大发动机进气量的一种发动机,涡轮增压器(Tubro)实际上就是一个空气压缩机。它是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内),涡轮又带动同轴的叶轮位于进气道内,叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气,再送入气缸。当发动机转速加快,废气排出速度与涡轮转速也同步加快,空气压缩程度就得以加大,发动机的进气量就相应地得到增加,就可以增加发动机的输出功率了。

涡轮增压发动机的最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上,大幅度提高发动机的功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后,其输出的最大功率与未装增压器相比,可增加大约40%甚至更多。

最早的涡轮增压器用于跑车或方程式赛车上,这样在那些发动机排量受到限制的赛车比赛里面,发动机就能够获得更大功率。

红色为高温废气,蓝色为新鲜空气

众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的,由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制,因此发动机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汽缸来增加燃料量,从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下,涡轮增压器是惟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。

我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加发动机的进气量,一般来说,涡轮增压都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,使之增压进入汽缸。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汽缸,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。

涡轮增压的分类

发动机的增压方法根据驱动增压器所用能量来源的不同,基本上可以分为四类:

1.第一类是机械增压系统,增压器由发动机曲轴通过齿轮(或链条等)直接驱动。

2.第二类是废气涡轮增压系统,增压器是由发动机工作时排出的废气带动的。

3.第三类是复合增压系统,即在发动机上,既采用废气涡轮增压器,又同时应用机械驱动式增压器。此外还有惯性增压、气波增压等其他增压方式。

4.第四类是前段式真空控制系统,即利用发动机气缸真空控制,从进气支管给气缸进气,这种技术2003年在台湾被发明,台湾专利案号 M301275-宝久马力小涡轮。

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【大众TSI发动机:属于上述第三类发动机】

需要注意的是,引进国内后,大众TSI发动机取消了机械增压,属于上述第二种类型

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大众缸内直喷技术,缸内直喷技术在VAG集团中被广泛运用,由Audi RS4和R8共享的4.2升FSI发动机即是其中性能强悍的代表作。其中VAG集团可以算是导入缸内直喷科技最具代表性的例子,目前包含Audi 和VW都已将名为FSI的缸内直喷发动机列为旗下车款的高阶动力来源,而且在Audi和VW车系的顶级车上,

甚至更以FSI结合上涡轮增压以增大动力。

涡轮增压简介

供油系统采用缸内直喷设计的最大优势,就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中,因此除了喷油嘴的构造和位置都异于传统供油系统,在油气的雾化和混合效率上也更为优异。加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步,计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准,因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅提升下,除了发动机得以产生更大动力,对于环保和节能也都有正面的帮助。

涡轮增压装置的组成

大家可能会觉得涡轮增压装置非常复杂,其实并不复杂,涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连,排气口则接在排气管上。然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连,排气口接在进气歧管上,最后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。这样一个整体的涡轮增压装置就做好,你的发动机就好像电脑CPU一样被“超频”了。

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涡轮增压3D模型图

当今世界上最强大的布加迪16.4发动机【4涡轮】

涡轮增压简介

据布加迪工程师描述:研制第一台布加迪威龙发动机时,他们居然把屋顶的排气系统烧毁了,可见涡轮的热量之惊人!

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事实上,布加迪的W16发动机是由两部V8发动机拼接而成,全车的10个散热器为强大的涡轮散热

高温的涡轮

正如你所猜想的,被压缩气体离开压缩室后温度会升高,主要是由压缩过程和气体与机件的磨擦引起的。那么在进入燃烧室之前就有必要对其冷却(以一般的科学常识,气体遇热会发散),这时充气冷却器(或者叫热交换器)就要参与工作。冷却器降低了压缩气体的温度,同时也能让燃烧室温度保持在一个较低的水平上。有些系统甚至在冷却器上再加一个风扇,以确保进一步降低进气温度。