涡轮增压技术的相关设备

2025-02-12 04:42:39

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回答1：

涡轮增压器
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。
使用注意事项
由于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，因此为了保证增压器的正常工作，使用中应注意以下几点：
1、不能着车就走。发动机发动后，特别是在冬季，应让其怠速运转一段时间，以便在增压器转子高速运转之前让润滑油充分润滑轴承。所以刚启动后千万不能猛轰油门，以防损坏增压器油封。
2、老车型，比如帕萨特B5之前的相关车型不能立即熄火。发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的。正在运行的发动机突然停机后，机油压力迅速下降为零，增压器涡轮部分的高温传到中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，因此，发动机热机状态下如果突然停机，会引起涡轮增压器内滞留的机油过热而损坏轴承和轴。所以发动机大负荷、长时间运行后，在熄火前应怠速运转3－5min，让增压器转子的转速降下来以后再熄火。特别要防止猛轰几脚油门后突然熄火；新的涡轮增压发动机已经具备了停车冷却能力，所以时可以停车即熄火的。
3、保持清洁。拆卸增压器时，要保持清洁，各管接头一定要用清洁的布堵塞好，防止杂物掉进增压器内，损坏转子。维修时应注意不要碰撞损坏叶轮，如果需要更换叶轮，应对其做动平衡试验。重新装复完毕后，要取出堵塞物。
4、由于增压器经常处于高温下运转，它的润滑油管线因受高温作用，内部机油容易有部分的结焦，这样会造成增压器轴承的润滑不足而损坏。因此，润滑油管线在运行一段时间后要进行清洗。
5、经常注意检查增压器的运转情况。在出车前、收车后，应检查气道各管的连接情况，防止松动、脱落而造成增压器失效和空气短路进入气缸。
简单来说,一具引擎会不停运转而产生动力,是因为汽油进入燃烧室,与空气混合形成油气混合物后由火花塞点燃,燃烧中产生的压力推动活塞产生动力,最后燃烧后的废气经由排气闸门排出外界,然后循环造成的。
这个过程可分为四部分(即Otto-Cycle)
1.进气冲程
2.压缩冲程
3.燃烧(或动力)冲程
4.排气冲程
具体的大家可参照初中物理课本(如果你们还有的话:P),在这里就不详细说明了.值得一提的是转子引擎,它也是在这个Otto-Cycle的规范而设计的引擎,但它的机械构造和其它的有很大不同,使得它能以小的排量产生大的动力。
如何提高引擎的效率呢?根据能量守恒定律,要增加引擎的效率,只能是用更多的能量了-进气,压缩,燃烧,排气-工程师能做的也就是改进这四个部分.其中,TURBO 和 Super Charger都是针对’进气’这个环节而设计的(其它除了排气外,没什么能大改的了,效果也不大)。
TURBO:
TURBO是利用排气冲程所排放的废气,转动它的Turbine(排气转子),当 Turbine到达一定转速时,它带动进气转子(Compressor)-两者是同轴异室的-,强行吸进额外的空气,所以普通引擎叫Natural aspiration(NA,自然进气),因为TURBO是不自然进气的,哈哈.
Super Charger:
Super Charger和TURBO的不同之处是,它的进气转子是经由皮带,直接由引擎曲轴驱动,所以,对比TURBO,它是all the way(全程增压),只要引擎一发动就有作用.
好了,我们开始对比一下两者的利弊吧:
-价格:
在同一具引擎上,两者差别不大(这是指一般的产品,同增压性能而言,超高性能的则很难比较),所以价格通常不在考虑之列.
-效率:
这是TURBO最大优点,因为TURBO只是由废气驱动,相对比要由引擎驱动的Super Charger,它不用浪费部分引擎动力,也较经济省油.
-延迟:
这是TURBO最大缺点(有名的TURBO Lag,涡轮迟滞效应),也是Super Charger的最大优点,因为要等到TURBO的Turbine到达一定转速时(大概12000RPM)才能启动Compressor工作,尽管所需时间很短,但是对于驾驶者来说,是很不舒服的感觉,试想,当你重踩油门过了1-2秒车子才突然冲出去,对车子的操作感都变差了吧?而Super Charger就像之前所说的,all the way,只要引擎开着就在工作,不会有任何的延迟.
-散热:
因为TURBO的Compressor是在排气管里面(很热很热的地方!)的,加上它超高速的运转轴承(12000RPM以上耶!),由此而来的高温高压是不可避免的,因此需要采取如机油冷却/水冷却,机械开关/电脑泄压的方式来保证车子安全.另外,几乎所有的TURBO车上一定得有Intercooler(中央冷却器)装置.因为更多的空气被压缩后,温度升高,密度降低,也就是含氧量减少(再回去翻翻物理书吧^^),燃烧效率降低,所以必须用Intercooler来冷却空气温度.对于Super Charger问题就小多了,一般来说boost level(中文不知怎么翻译,增压级数?)在10psi(Pounds per Square Inch,磅/平方英寸)以下的是不用Intercooler的.
-噪音:
TURBO的构造决定了它所产生的噪音是小于Super Charger的,因为TURBO安于排气管的Turbine起到了消声的作用,而Super Charger...有些夸张的更将整套装置外露于引擎盖上方(参看FAST&FURIOUS-速度与激情里的那辆黑色Dodge Charger...),非常吵,但是很多人就是喜欢!
-动力输出:
总体来说TURBO占优,Peak Power(峰值功率)TURBO要强于Super Charger,但高功率TRURBO需要改装引擎的其它部分.
-安装:
TURBO较复杂,因为要有部分要装入排气系统里面,还得加Intercooler什么的.
-稳定性:
一般来说Super Charger较好,TURBO车在熄火以后排气管的转子有可能因为仍然过热产生很多问题,在此不多说.
总的说来,双方各有利弊(<--废话),究竟哪个好得具体到每辆车和每个人要求的不同.
涡轮增压器(turbo)对汽车的动力性能无疑是十分重要的，能大幅度地提高发动机的动力，被认为是发动机的救世主。可惜的是，由于涡轮增压器的滞后性太大，使涡轮增压汽车的驾驶感觉极差。
最近，经过各个生产厂家的多方改进，涡轮增压发动机的性能获得了极大的提高，但结果仍然不理想。特别是在涡轮增压器是否起作用时，驾车的感觉差异太大，而且二者之间的过渡极不圆滑，和自然进气发动机相差太远。
在准备购买涡轮增压汽车时，每个购买者都必须注意这个问题。如果一意地追求大功率或大扭矩，购车之后大都要后悔。过去，涡轮增压汽车曾经风行一时，许多狂热的人甚至认为，没有涡轮增压器就根本不能算是汽车。现在，只有几种特殊的汽车，还在装用涡轮增压器。由于涡轮增压器的滞后性太长，限制了该装置的广泛应用。
当然，如果不追求驾车时的感觉，只希望有强大的功率或扭矩，这种人最好购买涡轮增压汽车。反之，如果希望在日常驾车时能心情舒畅，获得乐趣，最好还是购买非增压的汽车。
-关于涡轮增压装置RPM的调校:
转速RPM的高低是调校增压系统的工作能力的。较低的转速调校能使叶轮在停转后，能更快地回到最佳工作状态（比如换挡时）；较高的转速调校，能增加增压装置在高转速提供的额外功率输出。一般在弯道较多、紧凑的赛道用低转速调校；在直线较长的高速赛道用高转速调校为宜。

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