浅谈涡轮增压

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  本文希望通过借着比喻等其它手段,深入浅出地介绍涡轮增压技术。
  涡轮增压技术是现在很流行的发动机技术,尤其是欧洲车厂在千禧年后大力推广涡轮增压技术后它更加被大家所青睐,成为几乎每家车厂的推广手段,大众集团更是借着中小排量涡轮增压引擎很大程度地扭转它在过去动力系统研发上的滞后(通俗说就是在动力系统上翻身),而包括在网上,只要通过搜索引擎搜索“涡轮增压”字眼,成千上万篇介绍涡轮增压技术的文章可以搜索到,但这些文章几乎都是些深奥的技术讲解,借此希望通过这篇文章简单谈谈这样技术,让大家不需要有太深厚的技术背景就可以了解这项目前颇为流行但仍有争议的技术。
  什么是涡轮增压?
  我们以平常都做过的运动来打个比方——跑步,想必大家都有过这样的经验,当进行冲刺跑或者快速跑时,我们不一会儿就会气喘吁吁,这是因为我们通过呼吸所带入空气中的氧含量不足够应付我们身体血红细胞此时的需要,身体是处于缺氧状态,那怎么办呢?通过长期锻炼增加肺活量是一种很有效的办法,即增加每次吸入空气的体积,从而增加含氧量,以满足剧烈运动时身体的需要。
  那么汽车的发动机呢?传统的自然吸气发动机,就跟人体呼吸一样,靠着把空气吸到发动机内(具体位置就是气缸内,即通过活塞向下运动所产生的真空把空气吸入气缸),然后跟汽油混合,进而燃烧,经过一系列的过程使发动机工作,产生动力。当然,要令发动机增加动力(就类似人增加体力一样),最原始的方法是通过增加发动机的“肺活量”(即排量),而当涡轮增压技术应用到发动机后,就可以借助外界手段,而不需要增加发动机的“肺活量”,也可以达到动力提升的目的。
  那么,涡轮增压是什么原理呢?我们可以看看身边的风扇,当通电时,电机就会带动扇叶旋转,更多的气流就通过扇叶的搅动传递至我们身边,而对发动机来说,假如单位时间内有更多的空气能进入气缸内,那么,单位时间内发动机的做功更多,功率更大,就可以不需要增大“肺活量”而达到大功率的效果。
  而有一个现实的问题是,在发动机上,我们没有那么多的电能来推动涡轮的扇叶运转,从而把更多的空气在单位时间内送进发动机里,那我们使用了什么方法呢?答案是废气,发动机只要运转,就会产生源源不断的废气,我们只要利用一部分的废气推动涡轮的扇叶运转,而跟涡轮共轴的叶轮也会同样地开始运转,那就可以把外来的空气进行压缩,从而送入气缸内进行燃烧。
  这就是涡轮增压的原理。
  Turbocharging
  1涡轮增压起源
  涡轮增压起初并不是汽车的一项技术专利,而是应用在航空业上,1920年时代,人们已经发现随着飞机飞行高度的上升,气压随之下降,到达18000英尺(5486m)的高度时,大气气压只有地面一半,而发动机的功率也只有在地面时的一半,为了解决这个问题,就把涡轮增压应用在航空发动机上,而第一部带涡轮增压的汽车,是Oldsmobile Jetfire,3.5L V8涡轮增压引擎可输出215hp以及410N·m。
  2涡轮增压优点
  涡轮增压的优势就是可以通过扩大排气量而达到提高输出(甚至是大幅提高输出)的目标,例如一台Lancer EVO九代车型,所使用的2.0L 4G63 涡轮增压,通过调整电脑输出而不对机体进行任何改造,可达到400hp的水平,原装4G63 2.0T仅为280hp,而未安装涡轮增压的4G63自然吸气引擎输出仅为135hp。
  3涡轮增压弊处
  涡轮迟滞(Turbo Lag)是传统涡轮增压发动机最明显的弊端,因为先天构造上的不足,导致涡轮介入前以及进入增压工作后两者的差别过于明显,表现在加速上的突兀感,从深踩油门到发动机反应过来,需要一段明显的时间等待,即响应不够快。但在Porsche以及BMW相继使用VTG以及Twin-Scroll技术后,涡轮发动机的迟滞现象已经被改良了不少,而现在的涡轮发动机大部分被调校成低转高扭的性格,让人认为较传统自然发动机动力充沛。
  4涡轮增压争议之处涡轮增压是否节油?
  个人多年的试车经验以及用车经验,加上对涡轮发动机的分析认为,中小排量涡轮增压发动机并不会比传统排量相对较大的发动机省油,所谓省油只是针对涡轮增压发动机在汽车长时间高速巡航的工况下,的确比自然吸气发动机略微省油一些而已,在剧烈变化的工况下,涡轮增压发动机的油耗会大幅上升,远远超出自然吸气发动机所消耗的燃油水平,而涡轮增压发动机之所以被各家车厂尤其是欧洲车厂大力推广,是因为在欧洲以及我国,均会对大排量自然吸气引擎征收特高的费用,涡轮发动机在我国以及欧洲地区流行,实则不是涡轮增压发动机完败自然吸气发动机,很大程度是政策导向所致。
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