详解汽车发动机涡轮增压器.docx

自然吸气发动机从来都没有吃饱过
大家都知道F1比赛是全球最高规格的赛事,。不过其实早在1977年,雷诺车队就引入了涡轮增压引擎,F1从此出现了涡轮增压式与自然进气式发动机并存争霸的局面,后因涡轮增压马力太大,被国际汽联在1989年停用,以自然吸气引擎取代。以上例子就是最对增压发动机最直接的理解,其作用就是增加马力。
F1的技术永远都是代表着汽车工业未来的发展方向
其实增压不仅仅存在于我们的汽车发动机,在航空发动机中,增压更为重要。因为飞机在高空飞行的时候,空气稀薄,发动机吸入的空气量不足以产生足够的功率,因此在很多古老的活塞式发动机的飞机上也会装有增压器。航空发动机的增压器早在一战期间就应用于飞机上,当时采用的是机械式增压器,这使得当时的航空发动机能够尽可能的轻量化。
现代我们最常见的大型喷气飞机就更不用说了,增压器是必须的。以喷气客机使用的涡轮风扇发动机为例,巨大的进口风扇里面就是压气机(相当于增压器)。空气经过层层压缩,最终被送到燃烧室的空气压力和密度极大,从而在燃烧后爆发出巨大的能量。
或许有网友已经开始坐不住了,我们在谈汽车,你跟我提飞机干嘛?其实这两者是很相似的。飞机需要增压是因为吃不饱,汽车发动机需要增压同样是因为吃不饱。我们知道汽车发动机需要将空气吸到气缸里面,压缩后燃烧,但问题是发动机真能吸满一气缸的新鲜空气吗?事实上是不可能的。
首先是空气滤清器的阻力。发动机的空气滤清器就好比我们戴上一个口罩,呼吸的时候自然难受了不少,吸入的空气自然也没有那么多了。此外就是油门。所谓的油门就是横在进气管的一块板,这块板被称为“节气门”板张开的角度越大,允许通过的空气就越多。不过由于这块“板”本身就占据了进气管的一定面积,因此即使开度再大也有不少损失。所有这些因素加起来导致发动机能够吸入空气的实际比例只有气缸实际容量的7-8成,也就是说自然吸气发动机一直都没有吃饱。
汽油机对油门的控制是通过“节气门”控制进入发动机的空气量,从而控制发动机功率输出的。由于这个“节气门”增加了进气阻力而且产生了负压,让发动机始终不能吸饱氧气,同时还因为吸气阻力而消耗了一部分功率。
因为自然吸气发动机一直不能吃饱,所以增压也就很自然地被工程师想到用来挖掘发动机的潜力。从这个角度上来说,增压并不是硬往气缸里塞空气,只不过是帮助发动机充分发挥其能力而已。
增压有什么好处
增压首先的好处就是解决了自然吸气发动机本身固有的缺陷——永远吃不饱。因此,在相同的排量下,增压发动机能够发出更大的功率,满足更多的需要。这是从功率输出的角度上说的。
反过来说,就是可以用更小排量,更轻的发动机代替以往更大排量发动机才能做到的工作,由于更小的发动机各种摩擦面积小,重量轻,本身运转起来消耗的能量自然就少,效率也就提高了,完全顺应了当下节能环保的潮流。在之前我们给大家介绍的《2011国际最佳发动机 8款获奖引擎点评》里面就提到,,气势一时无量。
这款发动机刚好完全解决了以上提到的自然吸气吃不饱的问题。除了涡轮增压外,这款发动机还取消了“节气门”,进气量的多少完全用电子控制的气门来控制。加上只有2个气缸,体积极为紧凑轻巧,效率自然就大大提高。
上文提到过,国际汽联在1989年停用涡轮增压发动机,是因为功率过大。不过有意思的是,2010年12月10日,国际汽联审议并通过了F1从2013年开始,
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新规则称:,最大输出功率限定仍为750马力,峰值转速从现有的18000转/分降低到12000转/分,在维持当前动力输出水平的情上况下,增加动能回收装置,将燃油消耗降低35%。
国际汽联规定的发动机转速大幅下降了1/3,排量减少但功率依然不变,这种情况其实在民用车上早已看到。例如上一代宝马M5使用的自然吸气发动机峰值转速都超过8000转,而新一代M5采用的涡轮增压发动机峰值转速下降到7000转,马力更大还更节油。以往自然吸气发动机的最大扭矩需要在很高的转速上才能出现,而现在的涡轮增压机器在1000多转的时候就能悉数发出,并且能在很宽广的转速范围内维持。更低的最大功率转速、更低的最大扭矩输出转速,意味着增压机器能够减少因为高转速带来的摩擦损失,效率进一步提升。
增压的坏处
既然增压有这么多好处,早期的发动机都干什么去了,现在才想起来要增压?
其实早在1909年,瑞典人Alfred Buchi博士就提出采用废气涡轮增压,后来首先被用在柴油发动机和航空发动机上。1977年,瑞典的萨博公司生