Turbo渦輪增壓器

Turbo渦輪增壓器

Turbo渦輪增壓器,是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。常遇見競賽的跑車或方程式賽車之中,以使汽車迸發出更大的功率。

簡介

參加競賽的跑車或方程式賽車一般在發動機上裝有渦輪增壓器,以使汽車迸發出更大的功率。發動機是靠燃料在氣缸內燃燒作功來產生功率的,輸入的燃料量受到吸入氣缸內空氣量的限制,所產生的功率也會受到限制,如果發動機的運行性能已處於最佳狀態,再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進入氣缸來增加燃料量,提高燃燒作功能力。在目前的技術條件下,渦輪增壓器是唯一能使發動機在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機械裝置

構造

渦輪增壓器是由渦輪室和增壓器組成的機器,渦輪室進氣口與排氣歧管相連,排氣口接在排氣管上;增壓器進氣口與空氣濾清器管道相連,排氣口接在進氣歧管上。渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內,二者同軸剛性聯接。

原理

渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發動機排出的廢氣慣性衝力來推動渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增快,廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快,葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量和調整一下發動機的轉速,就可以增加發動機的輸出功率了。

技術

渦輪增壓器安裝在發動機的進排氣歧管上,處在高溫,高壓和高速運轉的工作狀況下,其工作環境非常惡劣,工作要求又比較苛刻,因此對製造的材料和加工技術都要求很高。其中製造難度最高的是支承渦輪軸運轉的“浮式軸承”,它工作轉速可達10萬轉/分以上,加上環境溫度可達六、七百度以上,決非一般軸承所能承受,由於軸承與機體內壁間有油液做冷卻,又稱“全浮式軸承”。

缺點

另外渦輪增壓器雖然有協助發動機增力的作用,但也有它的缺點,其中最明顯的是,“滯後回響”,即由於葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩,即使經過改良後的反應時間也要1.7秒,使發動機延遲增加或減少輸出功率。這對於要突然加速或超車的汽車而言,瞬間會有點提不上勁的感覺。
改進但是渦輪增壓器畢竟是無本生利的事情,它是利用發動機的廢氣工作的,這些廢氣的能量如果不加以利用也會白白地浪費掉。因此,自從渦輪增壓器面世以來,人們就經常對它進行技術改造,例如提高加工精度,儘量減少渦輪與渦輪室內壁的間隙,以便提高廢氣能量利用率;採用新型材料陶瓷,利用陶瓷的耐熱高,剛度強,重量輕的優點,可以將渦輪增壓器做得更加緊湊,體積更少,而且能減少渦輪的“滯後回響”時間。
在最近30年時間裡,渦輪增壓器已經普及到許多類型的汽車上,它彌補了一些自然吸氣式發動機的先天不足,會發動機在不改變氣缸工作容積的情況下可以提高輸出功率10%以上,因此許多汽車製造公司都採用這種增壓技術來改進發動機的輸出功率,藉以實現轎車的高性能化。
提高壓縮比是提高發動機功率的措施之一。而提高壓縮比有兩種途徑,一種是採用高頂活塞及改變曲軸行程或者改變燃燒室形狀,這是牽一動百的舉措,花費較大;另一是增加進氣量的方法,採用強制性方式加大空氣灌輸量,就是渦輪增壓器的方法,這是一種不改變發動機基本結構,花費較少的做法。在“渦輪增壓器”一文,已經簡單介紹了它的構造、原理等方面的知識,現在再談一談它的具體形式。
差別以前廢氣渦輪增壓器多用在柴油發動機上,例如載重汽車和大客車上的柴油發動機。現在不少轎車汽油機上也使用廢氣渦輪增壓器。轎車用的廢氣渦輪增壓器都採用單入口渦輪外殼,也就是說只利用廢氣排氣的壓力能量,不需使用其它的輔助能量。由於轎車發動機的轉速範圍大,因此廢氣渦輪增壓器必須要有調節裝置,以使發動機能在一定轉速範圍內獲得比較恆定的增壓壓力。另外,汽油機是點燃式點火,它的壓縮比是有一定範圍限制的,過高就會引發爆燃。因此,還要有爆燃檢測及控制機構,隨時調整點火提前角。
安裝轎車的廢氣渦輪增壓器一般安裝在排氣管附近,渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內,二者同軸剛性聯接,同步旋轉。
調節目前的渦輪增壓器的調節裝置大都在排氣側進行調節,當不需要增壓時,例如怠速或者有爆燃先兆時,一部分排氣會通過旁通閥泄出而不進入渦輪增壓器。當發動機轉速每分鐘達到1800轉時,電磁閥就會關閉旁通閥讓排氣流指向渦輪一側,使渦輪轉動。另外還有一種設計,就是調節渦輪葉片的角度,通過阻力的改變來調節渦輪的轉速,從而改變增壓量。
冷卻對空氣進行冷卻可以使空氣收縮增大密度,在同等容積下塞進更多空氣,還可以防止爆燃。因此轎車的渦輪增壓器都安裝有中間冷卻器,這種中間冷卻器一般用空氣冷卻,安裝在發動機散熱器前面、旁邊或者單獨一個位置,利用汽車迎面氣流或者自身風扇冷卻。
關鍵渦輪增壓器的關鍵零件是軸承。這種根據潤滑形式命名的軸承被稱為“全浮式軸承”,工作轉速極高,工作環境惡劣。因此,保證潤滑是非常重要的事情。如果因油壓低導致機油供給緩慢,就會損壞軸承從而導致渦輪增壓器失效。在正常的發動機啟動是不會發生此類故障的,但如果發動機更換機油和機油過濾器後第一次啟動,就會產生機油供給緩慢現象,使軸承缺乏機油潤滑。在這種情況下,啟動後要怠速運轉3分鐘左右,不可直接將轉速提升到渦輪增壓器啟動轉速。同樣,在高速及上坡後也不要使發動機立即停止,要使發動機繼續怠速運行1分鐘左右,使仍繼續空轉的渦輪增壓器軸承不會缺油。因此,使用渦輪增壓器汽車的司機,一定要遵循廠家的指示操作,還要十分注意機油的質量,不宜將渦輪增壓器汽車視同一般汽車進行操作。

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