为了更好的理解涡轮增压器的增压的技术,了解内燃机的工作原理是非常有必要的。
首先绝大多数的乘用车或者商用车的发动机,都是四冲程的。
四冲程发动机工作原理
通过对进气控制阀,排气控制阀的开关来实现进气,排气的过程。
通过控制火花塞得点火来控制气体燃烧时间点。
然后通过ECU把吸气,出气,燃烧按顺序有机的组合在一起,则发动机就能实现正常运转。
总之对于单个气缸来讲:一个工作循环包含4个冲程,曲轴完成两个旋转。火花塞点火一次
对于三缸机来讲: 曲轴转两圈,发动机三个缸分别完成一次工作循环。火花塞一共点火三次
对于四缸机来讲: 曲轴转两圈,发动机四个缸分别完成一次工作循环。火花塞一共点火四次
吸气过程,当活塞向下运动,进气控制阀开启,空气或者燃油混合物,通过进气控制阀被吸入到气缸内。
压缩过程: 活塞向上运动时,进气门控制阀关闭,刚被吸入的新鲜空气开始被压缩。
膨胀过程:当火花塞执行点火命令后,气体急剧膨胀产生爆炸,推动曲轴连杆曲轴向下运动,
排气,当曲轴连杆由于飞轮产生的惯性,使得曲轴继续运动,也就是活塞向上运动时,这个气体被排出。
以上是发动机的基本运动过程:通过该过程我们能够得出三种方法能够提升发动机的输出功率;
第一种:增大扫气量(吸入气体体积)
增大发动机的单缸直径,或缸桶体积
尽可能多的吸入气体到燃烧室,使得尽可能多的气体和更多的汽油进行混合燃烧,好比用大灶,自然火势就旺。 火势旺自然能够达到增加功率输出的目的。
增多发动机的缸数
如果单缸能力有限,就多用几个缸,比如说3缸,4缸,6缸,8缸,10缸,12缸等,但是不能过多,毕竟发动机缸数越多,体积越大,重量也重,会侵占空间,降低燃油经济性。
第2种增加发动机的转速
通过增加发动机的转速,也能提提升发动机的输出功率,转速增加也就是提升发动机的单位时间内的点火次数。单位时间内发动机点火的次数多了,那无疑发动机的输出功率会变大,但是由于机械稳定性的原因。我们不能让发动机的转速无限放大,因为发动机的转速过大,导致的磨损就是一个致命的不利因素。转速过高,发动机过热,润滑不及时,冷却不够等,都会带来,发动机的寿命的降低。发动机转速可以通过曲轴位置传感器来进行测算。
曲轴位置传感器其中一种
第3条采用增压器来进行增压
以上两种都基本上是自然吸气发动机常见的技术,但是对带有涡轮增压的发动机有点不一样的,因为自然吸气发动机靠自己的吸力,去吸收的气体是有限的,一般吸力只能达到-10KPA以内.
而被增压的压缩气体往往能达到,两个标准大气压以内,由此增压发动机吸入的气体,是自然吸气发动机吸入气体的压力的10-20倍左右。
由于我们的空燃比理想状态是14.7:1,吸入气体多了,那相应的我们也需要增加燃油的喷射量,对应更多的燃烧。
由此在相同的转速,相同的气室体积的情况 下涡轮增压 发动机输出功率会大很多。
但是增压也会带来一个坏处,就是进入发动机的气体进过压缩后,气体温度都会升高,这是基本的物理常识,这里就不解释。
由于气体被压缩,气体被加热了,温度达到了180度以内。而一般来说进气温度要求不高于55度。
我们知道气体在温度高的情况下密度会变小,那这跟我们需要充足的空气是矛盾的。所以我们需要冷却进气气体,我们需要把气体的密度尽可能的提高,让发动机吸入更多的气体。由此我们必须使用中冷器。
所以说中冷器是一个能够提升燃油消耗,和功率需求的一个装置。
通过中冷器使得进气温度降低到正常值,会使得相同的压力下,气体体积相同的情况下,气体更多,或者说密度更大。
同时由于进气温度低,会让燃烧的温度降低,同时能够减少氮氧化合物的排放,降低发动机的燃油消耗。
总之:发动机是一个很复杂的系统,大家都是建立在前人的研究的基础上,进行慢慢摸索,调试才能得到一个较好的功能。
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涡轮增压工作原理
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。
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(Turbo)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。
不过在经过了增压之后,发动机在工作时候的压力和温度都大大升高,因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短,而且机械性能、润滑性能都会受到影响,这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。
涡轮增压主要是利用发动机,废气的能量带动压缩机来实现对进气的增压,整个过程中基本不会消耗发动机的动力。
拥有良好的加速持续性发动机,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,从而提高发动机作功能力。
涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一,如果在相同的单位时间里,能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸(燃烧室)进行压缩,燃爆动作(小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气,提高容积效率),便能在相同的转速下产生较自然进气,发动机更大的动力输出。
强制进气
一般而言,引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后,起码都能提升30%-40%的额外动力,如此惊人的效果就是涡轮增压器令人爱不释手的原因。况且,获得完美的燃烧效率以及让动力得以大幅提升,原本就是涡轮增压系统所能提供给车辆最大的价值所在。
首先发动机排出的废气,推动涡轮排气端的涡轮叶轮,并使之旋转。由此便能带动与之相连的另一侧的压气机叶轮也同时转动。于是压气机叶轮就能把空气从进风口强制吸进,并经叶片的旋转压缩后,再进入管径越来越小的压缩通道作二次压缩,这些经压缩的空气温度会比直接吸入的高,需要通过中冷器进行降温之后再被注入汽缸内燃烧。