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机械增压与涡轮增压

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机械增压与涡轮增压 这种机械增压与涡轮增压很像,只不过它不是用发动机的废气驱动,而是用发动机的皮带带动。它和涡轮增压增压原理相同, 吸入空气靠离心力把空气加压,以达到压缩空气的目的。 基本式机械增压 基本式机械增压从发动机盖上的突非常明显,正如图中这辆野马跑车一样。这种机械增压将空气吸入增压器内部,有两个螺旋 状叶片将空气压缩,之后送到进气歧管里。这种机械增压能提供强大的扭矩输出。它在加速比赛和街道竞赛中十分流行。 螺旋式增压 螺旋式增压的增压器是基本型的派生出来的,而且也长得很像,但它们的吸气压缩方式却截然不同。当空气被吸入增压器...
机械增压与涡轮增压
这种机械增压与涡轮增压很像,只不过它不是用发动机的废气驱动,而是用发动机的皮带带动。它和涡轮增压增压原理相同, 吸入空气靠离心力把空气加压,以达到压缩空气的目的。 基本式机械增压 基本式机械增压从发动机盖上的突非常明显,正如图中这辆野马跑车一样。这种机械增压将空气吸入增压器内部,有两个螺旋 状叶片将空气压缩,之后送到进气歧管里。这种机械增压能提供强大的扭矩输出。它在加速比赛和街道竞赛中十分流行。 螺旋式增压 螺旋式增压的增压器是基本型的派生出来的,而且也长得很像,但它们的吸气压缩方式却截然不同。当空气被吸入增压器时, 被螺旋状叶片强压入进气歧管内。这种形式的增压器对于提升各个转速的马力都很有效。 机械增压 - 增压机械 机械增压系统 机械增压器 机械增压器是一种强制性容积置换泵,简称容积泵。它跟涡轮增压器一样,可以增加进气管内的空气压力和密度,往发动机内 压入更多的空气,使发动机每个循环可以燃烧更多的燃油,从而提高发动机的升功率和平均有效压力,使汽车动力性、燃油经 济性和排放都得到改善。 机械增压器本质上是一台罗茨鼓风机,有两个转子,每个转子都扭转一定的角度,例如 60度以形成一个螺旋。这两个转子都由 发动机曲轴通过皮带驱动,与废气系统不相干。机械增压器跟曲轴之间存在固定的传动比。这两个相向旋转的转子各有若干个 突齿,在工作时互相啮合。扭曲的转子跟特殊设计的进口和出口几何形状相结合,有助减少压力波动,使空气流动平稳,工作 时噪声较低。这种设计也使其效率比传统的罗茨鼓风机为高。这种带有螺旋式转子和轴向进口的机械增压器可达到 14,000r/min 的转速,从而缩小了体积。它可利用出口法兰直接通过螺栓连接到进气管上去。机械增压器通过它的置换体积和皮带传动比来 跟发动机相匹配,同时能够在任何发动机转速下提供过量的空气流。 机械增压器在发动机的安装 机械增压器在汽油机上的安装情况跟涡轮增压器一样,也可以带中间冷却器。这台机械增压器有个特殊设计的旁通阀,它是由 发动机节气门产生的真空度操纵。当发动机不需增压时,这个旁通阀就会使增压空气进行环流,以便节省能源。发动机进气系 统跟安装机械增压器的底座连成一体。由於每台发动机都有独特的安装,所以大多机械增压器都被设计成用於特定的发动 机。 机械增压 - 增压原理 机械增压器构造 由于各类引擎的皮带盘尺寸差异不大,同时受限于引擎安装空间,因此机械增压器的工作转速远低于 30,000rpm,与涡轮增压器 经常处于100,000rpm 以上超高转域的情形相去甚远,同时机械增压器转速是完全连动于引擎转速,两者呈现平起平坐的现象, 形成一组稳定之等差数线,而且增压器与引擎之间会互相影响,当一方运转受阻的时候,必定会藉由皮带传输而影响另一方的 运作,这就是机械增压器的特性。 不过看似完美无缺的机械增压系统,却有一个小问题存在,由于机械增压器的动力来源完全依靠引擎带动,而引擎的负担越轻, 转速提升就越快,这就是为什么比赛用房车都事先拆除冷气压缩机的原因,若是方程式(formula)赛车,甚至连激活马达、机 油帮浦都改成外部连接,以减少对引擎造成的负担,因此增压器本身的运转阻力必须越小越好,才不会拖累引擎的工作效率。 然而增压器产生的能量(增压值)与阻力成正比关系,如果一味追求增压值,虽然引擎输出的能量大增,但是相对的增压器内 部叶片受风阻力也会升高,当阻力达到某一界限时,增压器本身的阻力会让引擎承受极大的负担,严重影响引擎转速的提升, 因此设计师必须在增压值与引擎负担之间取得妥协,以避免高增压系统带来的负面效应。 高增压涡轮增压系统必须让引擎承受由负压转变为正压的剧烈变化与高压,因此引擎内部机件的材质与加工精密度要求很高, 对于冷却、润滑系统的要求也远较一般引擎来得高,保养间隔短、手续繁杂、工作寿命短..等等都是高增压值涡轮引擎的缺点。 在引擎机件维持原有形式,不用额外制造高单价精密机件的情形下,机械增压系统可以让引擎动力输出增进20-40%,又不至于 造成维修体系的负担,因此各大车厂在近年都有开发机械增压引擎的计划,例如:BENZ、Jaugar、AstonMartin..等等欧洲高级 车厂都采用机械增压系统来延长现有引擎的生产寿命,并达成环保、省油、高效率的目标,以大幅节省新引擎的开发费用。 机械增压 - 汽车增压 汽车机械增压系统 汽车的增压系统有两大主流,机械增压(SuperCharge)和涡轮增压(TurboCharge) 机械增压器之构造,机械增压器采用皮带与引擎曲轴皮带盘连接,利用引擎转速来带动机械增压器内部叶片,以产生增压空气 送入引擎进气歧管内,整体结构相当简单,工作温度界于70℃-100℃,不同于涡轮增压器靠引擎排放的废气驱动,必须接触 400 ℃-900℃的高温废气,因此机械增压系统对于冷却系统、润滑油脂的要求与NA 自然进气引擎相同,机件保养程序大同小异。 机械增压器(SuperCharge)之特性由于机械增压器采用皮带驱动的特性,因此增压器内部叶片转速与引擎转速是完全同步的, 基础特性为: 引擎rpmX(R1/R2)=增压器叶片之 rpm R1引擎皮带盘之半径 R2机械增压器皮带盘之半径 由于制造成本的限制,市售车辆的引擎最高转速多半维持在7500rpm 以下,理想的机械增压器应该在1000rpm-7500rpm 的引擎 工作区域之内,产生一足够且稳定之增压值,让引擎输出提升20-40%,因此机械增压器必须在低转速就产生增压效应,通常引 擎一脱离怠速区域,在1000rpm-1300rpm 即能带动机械增压器产生增压效果,并延续至引擎最高转速,因此整体增压曲线是呈 现一缓步上升之平滑曲线,经由供油程序与泄压阀的调整,即可达成“高原型”引擎输出功率曲线的目标。 机械增压 - 增压应用 机械增压内部构造 机械增压有利汽油机的瞬时响应特性 柴油机因为依靠变质调节的方式调节扭矩,没有节气门,每个循环吸入的空气量相差不大,其质量流量的差异主要由转速变动 造成,所以柴油机的质量流量跨度範围只有6.5:1 左右。相比之下,传统的汽油机(指缸内直喷式汽油机GDI 以外的汽油机) 依靠变量调节的方式调节扭矩,通过节气门调节空气流量,随?负荷的变动,每个循环吸入的空气量相差很大,加上汽油机转速 的变动範围比柴油机大得多,所以汽油机的质量流量跨度範围可达75:1,接近于柴油机这个指标的12 倍。这导致涡轮增压汽油 机的瞬时工况较差。而采用机械增压就没有这个问题。 缸内直喷式汽油机在低工况下的节气门是全开,这跟柴油机差不多;只是在高工况下节气门开度才会随负荷变动而变动。所以 GDI的质量流量跨度範围跟柴油机比较接近,也比较适合采用涡轮增压。 机械增压有利於降低汽油机排放 汽油机起动和起动后暖机阶段的混合气需要特别加浓,造成大量的碳氢化合物和一氧化碳排放。如前所述,迅速提高催化转化 器的温度,对于汽油机驱动的轿车满足欧洲第三阶段排放法规的要求具有特别重要的意义。涡轮增压器会降低排气温度,使催 化转化器的温度不能迅速升高,影响它的转化净化效率。如果采用机械增压器,就没有这个问题。 机械增压器可以兼作二次空气泵 ESS 机械增压套件 同样是出於满足欧洲第三阶段排放法规要求的考虑,汽油机需要引入二次空气系统。机械增压器可以兼作二次空气泵,减少了 发动机成本。 机械增压汽油机的成本 为了提高汽油机的升功率,可以采用机械增压,也可以采用四气门。对机械增压的3.8L、两气门 V6发动机跟非增压的 4.0L四 气门V8 汽油机进行的比较表明,机械增压的汽车具有较好的功率和扭矩,而且总体成本也比非增压的四气门汽油机汽车低。这 是因为四气门汽油机较为复杂,相关的工具费用也较高。 机械增压在汽油机的应用前景 前城市柴油公交车有别于一般柴油客车或货车,因为其平均车速低,基本上不会或很少达到最高车速,加上怠速时间长,起步、 加速、减速频繁,发动机工况不断地交替变换,所以也适合采用机械增压。由于机械增压和涡轮增压的性能特点在许多方面是 互补的,近年来在欧美国家的一些高档轿车和大功率的柴油车上,正在进行将这两种增压器装在同一辆车上的试验。[1] 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 而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下,涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械 装置。 涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机,通过压缩空气来增加发动机的进气量,一般来说,涡轮增压都是利用发动机排出的废 气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入汽缸。当 发动机转速增快,废气排出速度与涡轮转速也同步增快,叶轮就压缩更多的空气进入汽缸,空气的压力和密度增大可以燃烧更 多的燃料,相应增加燃料量和调整一下发动机的转速,就可以增加发动机的输出功率了。 大家可能会觉得涡轮增压装置非常复杂,其实并不复杂,涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。首先是涡轮室的进气口 与发动机排气歧管相连,排气口则接在排气管上。然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连,排气口接在进气歧管上,最后 涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内,二者同轴刚性联接。 涡轮增压 - 种类 涡轮增压 1、机械增压系统:这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接,从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转, 从而将空气增压吹到进气岐道里。其优点是涡轮转速和发动机相同,因此没有滞后现象,动力输出非常流畅。但是由于装在发 动机转动轴里面,因此还是消耗了部分动力,增压出来的效果并不高。 2、气波增压系统:利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统增压性能好、加速性好但是整个装置比较笨重,不太适合 安装在体积较小的轿车里面。 3、废气涡轮增压系统:这就是我们平时最常见的涡轮增压装置了,增压器与发动机无任何机械联系,实际上是一种空气压缩机, 通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送 由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。当发动机转速增快,废气排出速度与祸轮转速也同步增快,叶轮就压缩更 多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言, 加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%—30%。但是废气涡轮增压器技术也有其必须注意的地方,那就是泵轮和 涡轮由一根轴相连,也就是转子,发动机排出的废气驱动泵轮,泵轮带动涡轮旋转,涡轮转动后给进气系统增压。增压器安装 在发动机的排气一侧,所以增压器的工作温度很高,而且增压器在工作时转子的转速非常高,可达到每分钟十几万转,如此高 的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作,因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承,由机油来进行润滑,还 有冷却液为增压器进行冷却。 4、复合增压系统:即废气涡轮增压和机械增压并用,机械增压有助于低转速时的扭力输出,但是高转速时功率输出有限;而废 气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出,但低转速时则力不从心。发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结 合在一起,来解决两种技术各自的不足,同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。这种装置在大功率柴油机上采用比较多, 汽油机上采用双增压系统(复合增压系统)的车型还比较少,大众的1.4 TSI 发动机(这款发动机兼顾了低速扭力输出和高速 功率输出。在低转速时,由机械增压提供大部分的增压压力,在1 500rpm时,两个增压器同时提供增压压力。随着转速的提高, 涡轮增压器能使发动机获得更大的功率,与此同时,机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制,它与水 泵集合在一起。在转速超过3500rpm 时,由涡轮增压器提供所有的增压压力,此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发 动机分离,防止消耗发动机功率)采用了了这一系统。其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小,只是结构太复杂,技术 含量高,维修保养不容易,因此很难普及。 涡轮增压 - 缺点 涡轮增压 涡轮增压的确能够提升发动机的动力,不过它的缺点也有不少,其中最明显的就是动力输出反应滞后。我们看看前面有关涡轮 增压的工作原理就知道了,即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓,也就是说从你大脚踩油门加大马力,到叶轮转动 将更多空气压进发动机获得更大动力之间存在一个时间差,而且这个时间还不短。一般经过改良的涡轮增压也要至少2 秒左右 来增加或者减少发动机动力输出。如果你要突然加速的话,瞬间会有提不上速度的感觉。 随着技术的进步,虽然各个使用涡轮增压的厂家都在对涡轮增压技术进行改进,但是由于设计原理问题,因此安装了涡轮增压 器的汽车驾驶起来的感觉是和大排量的汽车有一定诧异的。譬如说我们买了1.8T 的涡轮增压汽车,在实际的行驶之中,加速肯 定不如 2.4L的,但是只要度过了那段等待期,1.8T 的动力同样会窜上来,因此如果你追求驾驶的感觉的话,涡轮增压引擎并 不适合你,如果你是跑高速之类的,涡轮增压才显得特别有用。 如果你的爱车经常在城市内行驶,那么就真的有必要考虑一下是否需要涡轮增压了,因为涡轮并不是随时都在启动的,事实上 在日常行车中,涡轮增压的启动机会很少,甚至不使用,这就给涡轮增压发动机的日常表现带来影响。就拿斯巴鲁(富士)翼 豹的涡轮增压来说,它的启动是在3500 转左右,最明显的动力输出点则是在4000 转左右,这时候会有二次加速的感觉,并一 直持续到6000 转甚至更高。一般市内驾驶我们的换档实际都只是在2000-3000 之间,5挡能够上到 3500转估计速度都破 120 了,也就是说除非你故意停留在低档位,否则不超过120 公里的时速涡轮增压根本无法启动。没有涡轮增压的启动,你的1.8T 其实也就只不过是一部1.8 动力的车而已,2.4的动力只能是你的心理作用了。 此外涡轮增压还有维护保养方面的问题,就拿宝来的1.8T 来说,6万公里左右就要更换涡轮了,虽然次数不算多,毕竟给自己 的车无形之中又增加了一笔维护保养费,这个对经济环境还不是特别好的车主来说特别值得注意。 涡轮增压 - 使用 涡轮增压 涡轮增压器是利用发动机排出的废气驱动涡轮,它再怎么先进还是一套机械装置,由于它工作的环境经常处于高速、高温下工 作,增压器废气涡轮端的温度在600 度以上,增压器的转速也非常高,因此为了保证增压器的正常工作,对它的正确使用和维 护十分重要。主要我们要遵循以下的方法: 1、汽车发动机启动之后,不能急踩加速踏板,应先怠速运转三分钟,这是为了使机油温度升高,流动性能变好,从而使涡轮增 压器得到充分润滑,然后才能提高发动机转速,起步行驶,这点在冬天显得尤为重要,至少需要热车5 分钟以上。 2、发动机长时间高速运转后,不能立即熄火。原因是发动机工作时,有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的, 正在运行的发动机突然停机后,机油压力迅速下降为零,机油润滑会中断,涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走,这时增 压器涡轮部分的高温会传到中间,轴承支承壳内的热量不能迅速带走,而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转。这样就会 造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴。此外发动机突然熄火后,此时排气歧管的温度很高,其热量就会被 吸收到涡轮增压器壳体上,将停留在增压器内部的机油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口,导致轴套缺油,加 速涡轮转轴与轴套之间的磨损。因此发动机熄火前应怠速运转三分钟作用,使涡轮增压器转子转速下降。此外值得注意的就是 涡轮增压发动机同样不适宜长时间怠速运转,一般应该保持在10 分钟之内。 涡轮增压 3、选择机油的时候一定要注意。由于涡轮增压器的作用,使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高,发动机结构更紧凑、 更合理,较高的压缩比,使发动机的工作强度更高。机械加工精度也更高,装配技术要求更严格。所有这些都决定了涡轮增压 发动机的高温、高转速、大功率、大扭矩、低排放的工作特点。同时也就决定了发动机的内部零部件要承受较高的温度及更大 的撞击、挤压和剪切力的工作条件。所以在选用涡轮增压轿车车用机油时,就要考虑到它的特殊性,所使用的机油必须抗磨性 好,耐高温,建立润滑油膜块,油膜强度高和稳定性好。而合成机油或半合成机油恰好可以满足这一要求,所以机油除了最好 使用原厂规定机油外还可以选用合成机油、半合成机油等高品质润滑油。 4、发动机机油和滤清器必须保持清洁,防止杂质进入,因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小,如果机油润滑能力下 降,就会造成涡轮增压器的过早报废。 5、需要按时清洁空气滤清器,防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮,造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。 6、需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。因为如果密封环没有密封住,那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统,将 机油变脏,并使曲轴箱压力迅速升高,此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧,从而造成 机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。 7、涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动,润滑油管和接头有没有渗漏。 8、涡轮增压器转子轴承精密度很高,维修及安装时的工作环境要求很严格,因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站 进行维修,而不是到普通的修理店。 [1] 涡轮增压 - 保养 1、要保持空气滤清器的清洁 与普通发动机相比,涡轮增压发动机对清洁的要求更高。因为若杂质进入压气叶轮,会造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。 2、发动机机油保持清洁 涡轮增压发动机对机油的要求也比较高,必须保持清洁。另外如果机油变质要及时更换。否则机油的润滑能力下降,会造成增 压器轴承的润滑不足而损坏,增加保养成本,甚至造成涡轮增压器的过早报废。 3、着车就走和立即熄火对涡轮增压发动机都不好 发动机发动后最好怠速运转一阵,使润滑油充分润滑轴承,对发动机起到很好的保护作用。另外,发动机长时间高速运转后, 应怠速运转3-5 分钟再熄火,否则,会引起涡轮增压器内滞留的机油过热而损坏轴承和轴。
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