一.前言:(為什么工程師想用turbo呢?)
嗯,在講渦輪引擎之前,如果,大伙還不清楚引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)方式,可以簡單地回顧一下四行程引擎運(yùn)轉(zhuǎn)原理^_^,我想你會(huì)發(fā)現(xiàn)凡是Otto-cycle的運(yùn)轉(zhuǎn)都一定脫不了那四種運(yùn)轉(zhuǎn)方式,而要如何作出更高效率或更高性能的引擎設(shè)計(jì)呢?
除了物理學(xué)上必然的先天限制外(熱力學(xué)第二定律)-人類不可能作出比Canot-cycle更高效率的機(jī)械設(shè)計(jì),那如何在四沖程引擎設(shè)計(jì)上得到更高性能的輸出呢?很不幸的,以物理的眼光來看,只有"再浪費(fèi)更多與更多的能量"了:~
進(jìn)氣->壓縮->動(dòng)力->排氣....如此的循環(huán)下去,工程師能作的改良,其實(shí),說破了也是針對這四個(gè)cycle作更有效的改善,而最多人去改善的就是其中的"進(jìn)氣"這個(gè)步驟,因?yàn)樗男б孀顬槊黠@!
例如:可變氣門的設(shè)計(jì),無論是BMW的VANOS或Honda的VTEC(SOHC)它們都是在進(jìn)氣的凸輪軸上下功夫,想引進(jìn)更多氣體,讓油氣的混合空氣能更多或更快速的交換,以達(dá)到更高性能的輸出;同樣的Turbo引擎的發(fā)展目的也是如此!它們都想引進(jìn)更多更多的空氣!而Mitsubishi的GDI設(shè)計(jì)則是對進(jìn)氣歧管與壓縮的活塞頭,甚至于是噴油頭位置與壓力的調(diào)整,目的也是想進(jìn)一步改善引擎爆炸燃燒的效率........
今天我們就針對Turbo引擎來介紹一下它設(shè)計(jì)的基本原理^_^
二.Turbo的原理:
渦輪增壓原理就是利用引擎運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所排出來的廢氣,用廢氣來轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪增壓器中的排氣側(cè)轉(zhuǎn)子(Turbine-上圖中的右邊部份),而排氣側(cè)轉(zhuǎn)子與進(jìn)氣側(cè)轉(zhuǎn)子(Compressor)是同軸異室(你可以想成是:兩者在同一"棒子"的不同兩邊),當(dāng)Turbine轉(zhuǎn)子達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)(約12000rpm左右)它帶動(dòng)另一側(cè)的Compressor(圖上的左邊部份),使Compressor轉(zhuǎn)子引進(jìn)外來的新鮮空氣,經(jīng)過壓縮倒入進(jìn)氣歧管內(nèi),所以啰,Turbo車的進(jìn)氣是非自然方式,是經(jīng)過"吸進(jìn)來,再壓縮"所以空氣壓力是大于大氣壓力的,也就是如此,說比一比Turbo與可變氣門,這不太公平喔:) 三.隨之而來的問題與改進(jìn)之道:
1.高溫與高壓:
渦輪增壓由于是超高轉(zhuǎn)速地運(yùn)轉(zhuǎn)軸承,所以,隨之而來的高溫排除或增壓過度的泄壓就很重要很重要了!目前常用的就是機(jī)油導(dǎo)入來潤滑與冷卻軸承,也有用水冷式的.而過高的增壓對引擎的壓縮行程與動(dòng)力(爆炸)行程發(fā)生時(shí)會(huì)造成傷害,所以,有機(jī)械式地用空氣壓力作為開關(guān)或電子式地用電腦直接控制泄放壓力的動(dòng)作.
2.Intercooler:
我們都知道空氣被壓縮時(shí),溫度將升高,而較高溫的氣體其密度較低,含氧量減少,燃燒的效率降低!所以啦,冷卻空氣溫度就必須著手改善啦....大部份的Turbo引擎(turbocharge或supercharge)都有配備中間冷卻器(intercooler)它有直接散熱或水冷式的設(shè)計(jì),使經(jīng)過intercooler后的空氣密度較大,含氧量增加,可改善燃燒效率.
3.Turbo-lag:
為什么用紅字呢?因?yàn)檫@是turbo引擎很難去避免的問題-渦輪遲滯效應(yīng)!turbolag是指在重踩油門時(shí),到實(shí)際增壓的時(shí)間差與突如其來的動(dòng)力輸出!因?yàn)?由平常的引擎運(yùn)轉(zhuǎn),在突然大踩油門到實(shí)際turbo作動(dòng)時(shí),是須要經(jīng)過短短時(shí)間差的,也許是0.5秒....,但是,直接帶給駕駛?cè)说母惺苁遣惶娣?怪怪的....想想它發(fā)生的原因,就不難發(fā)現(xiàn)這是turbo引擎必須面對的問題,唯有的就是盡量去減少或降低turbo-lag的效應(yīng),如:1.減少turbine與compressor的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性,就是換成較小的轉(zhuǎn)子,即使是換成兩個(gè)較小的轉(zhuǎn)子,整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣性還是較低的,所以有twin-turbo或bi-turbo的設(shè)計(jì)出現(xiàn);2.調(diào)降渦輪壓力,如Saab,Volvo有生產(chǎn)低增壓turbo,而缺點(diǎn)是馬力增加太少;3.使用密度較輕的增壓器(目的同第1點(diǎn),減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量),如:陶瓷渦輪
增壓快.耐磨.耐高溫(>1500C),缺點(diǎn)是易脆....etc. 四.Turbocharge vs. Supercharge之比較:
1.Turbocharge是渦輪增壓,它是利用引擎廢氣渦流來推動(dòng)轉(zhuǎn)子葉輪,以吸進(jìn)大量新鮮空氣送入進(jìn)氣歧管....(如上面說的就是指turbocharge)
2.Supercharge是較早以前的增壓方式-叫機(jī)械增壓,supercharge的轉(zhuǎn)子葉片是直接以皮帶經(jīng)由引擎曲軸驅(qū)動(dòng),也因此,引擎只要一發(fā)動(dòng)就有增壓效果,so它也因此而較消耗部分的引擎動(dòng)力...基本上turbocharge跟supercharge都是用增加空氣的效果而來增加動(dòng)力!however,兩者驅(qū)動(dòng)方式不同,而各有利弊...so它們也都各有新的解決之道....如turbocharge因驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片時(shí),有一個(gè)時(shí)間差,這就是有名的turbo lag(如上述)而supercharge目前已較少使用啦,however,那著名的Benz SLK就使用機(jī)械增壓啦,而改善的方法是多了一個(gè)電磁偶合開關(guān)(離合器),在一定轉(zhuǎn)速以下那皮帶是不會(huì)去推動(dòng)到轉(zhuǎn)子葉片地,so就以這開關(guān)來解決傳統(tǒng)的"恒時(shí)"增壓方式...... ^_^ 五.有無Turbo差在那?... 六.Turbo引擎在量產(chǎn)房車市場上的運(yùn)用:
在市場上有turbo的車子還蠻多的呢!但有的一樣是2.0升為什么有的有160hp,有的竟多達(dá)240hp呢?因?yàn)樗鼈兊脑鰤褐挡煌?有的是輕增壓(約0.4-0.6bar),如:Audi A4,VW new Passat.....有的高增壓到1.1bar以上,分析其中原因可能看出來turbo還是對汽車上性能要求,分不同等級來達(dá)到;有的是用低增壓turbo來增加它低轉(zhuǎn)速時(shí)馬力,與扭力的不足;而中增壓turbo可以兼顧高轉(zhuǎn)速時(shí)的馬力提升與低轉(zhuǎn)速時(shí)強(qiáng)勁扭力..;而高增壓的turbo就針對性能迷,無論低轉(zhuǎn)速,高轉(zhuǎn)速,再加速的馬力與扭力的輸出都有大排氣量自然進(jìn)氣車的性能,例如:Audi A4,Saab 9000,Volvo S70 T5分別是不通增壓值的代表作,不同的訴求用不同的turbo,滿足消費(fèi)者多樣的要求^_^ 七.Turbo車的保養(yǎng):
有人說Turbo車開沒4或5年就差不多該換車了........以前turbo沒有延遲關(guān)避引擎運(yùn)轉(zhuǎn)以泄壓的設(shè)計(jì),使的不少勁駒英年早逝,現(xiàn)在幾乎都有這樣的設(shè)計(jì)了,所以,對一般turbo車主最重要的是"常換引擎機(jī)油",要享受愛駒開turbo飆起來的推背感,這樣地照顧它是很重要的!一來是使機(jī)器保持較好的狀況,再者可以延長愛車的使用壽命.那到底多久呢?嗯,汽車手冊上一定會(huì)寫,不過是建議在4000km就應(yīng)該要去換機(jī)油,至少5000km一定要去換一次,且要選擇自己愛車適合的黏度系數(shù)的機(jī)油.
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