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渦輪增壓的系統組成和作用

科技 更新时间:2025-04-29 02:14:13

内燃式發動機增壓進氣系統有三大類型,分别為:

  • 廢氣渦輪增壓
  • 機械增壓
  • 廢氣渦輪加電子渦輪

主流的增壓系統為廢氣渦輪增壓,從入門級小排量汽車使用的低慣量單渦輪增壓器,到高端車使用的雙渦輪增壓器均為此類型。這種空氣壓縮器被廣泛認可的原因為不增加耗油量,其驅動渦輪的動力源為内燃機正常運行時必然産生的高壓排氣,是以「廢氣利用」的概念驅動渦輪以超高速運轉,原理參考下圖。

渦輪增壓的系統組成和作用(渦輪增壓運行原理)1


知識點:廢氣渦輪增壓器不會增加内燃機的功耗,同時能夠以常規五位數、高端六位數的渦輪rpm标準運轉。渦輪轉速高則壓縮空氣的程度大,單位體積内的空氣氧含量提升可以實現更高标準的富氧燃燒;說白了就是等量燃油燃燒時的空氣氧濃度高,燃燒轉化成為的扭矩就會越大(性能越強)。

渦輪增壓的系統組成和作用(渦輪增壓運行原理)2

雙渦輪增壓系統是以高低慣性質量的渦輪組合,實現起步低轉速有效介入增壓,并且以通過增壓的方式再次提高氧濃度,扭矩功率的提升可以比單渦輪增加⅓左右,比同排量NA發動機提升1.5倍上下。電子渦輪主要見于賽車,其作用與雙渦輪增壓器的「小渦輪」相同,是用于低轉速時提升扭矩。

渦輪增壓的系統組成和作用(渦輪增壓運行原理)3


機械增壓mechanical superrcharging

所謂機械增壓指增壓器非“氣動驅動”,而是以内燃機機械結構帶動增壓器運轉。結構特點是以皮帶連接發動機曲軸與增壓器,在啟動發動機後随即由曲軸運轉帶動增壓器運轉,實現【全時全範圍增壓】。理論上機械增壓做到了雙渦輪增壓系統與廢氣渦輪加電子渦輪增壓的「全範圍」,但是這種技術難度極低的增壓系統卻被無情的淘汰了,量産車使用S增壓系統的車怕是連1‰都沒有,這是為什麼呢?

渦輪增壓的系統組成和作用(渦輪增壓運行原理)4

原因1:機械增壓系統增壓效果很差。因為增壓器自身的運轉是存在阻力的,或者說是要消耗能量的;而這一能量本就來自内燃式發動機輸出的機械能,也就是說機械增壓器通過扭矩的提升可以實現固定轉速的功率增長,但必須以(增扭提升功率-增壓器損耗功率=提升标準)的公式計算得出的數值才是有效功率增長值。以3.0升發動機為例,使用廢氣渦輪增壓的機器可以有550N·m的最大扭矩,而S機械增壓卻隻有450N·m左右的水平,原因正是自身存在的損耗。

渦輪增壓的系統組成和作用(渦輪增壓運行原理)5

原因2:機械增壓系統的轉速很低。因為普通代步車的額定轉速不過六七千轉,正常代步駕駛更是低至兩三千轉;機械增壓器即使通過渦輪放大轉速,其轉速也要比廢氣增壓系統低很多。渦輪轉速則空氣壓縮強度低,進氣氧濃度不理想所以也會導緻增扭效果很差,這就是機械增壓技術被徹底淘汰的第一因素。

渦輪增壓的系統組成和作用(渦輪增壓運行原理)6

終極原因-升高油耗:機械增壓器是通過皮帶與曲軸剛性連接,啟動發動機後增壓器就會運轉。也就是說增壓器在怠速時就會消耗發動機的功率,而怠速是以最低進氣量與噴油量設定,燃燒産生的功率僅可以滿足動力持續輸出維持曲軸運轉(不熄火)。然而在增壓器損耗一定功率後則會導緻曲軸沒有足夠的驅動力而造成熄火,想要穩定運行就隻能提高怠速轉速——轉速越高噴油量越大。

渦輪增壓的系統組成和作用(渦輪增壓運行原理)7

普通的2.0T發動機怠速一小時的耗油量可達到1.5/2.0升,那些裝備大排量NA發動機的汽車改裝機械增壓的怠速油耗會高到什麼程度呢?答案隻能自行去測試了,NA已經是過去式,T技術是汽車内燃機的終極形态,未來一定屬于PHEV&EV。

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編輯:天和Auto-汽車科學島

責編:天和MCN

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