圖解汽車（4） 發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓原理解析

在平時(shí)開車的時(shí)候相信大家都有體會(huì)，感覺帶“T ”的發(fā)動(dòng)機(jī)很給力，動(dòng)力很強(qiáng)勁。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)為什么動(dòng)力強(qiáng)勁？是怎樣增壓的？下面我們就來了解一下發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器的工作原理。

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● 節(jié)氣門的作用

 　　在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中主要有兩大部件，一是空氣濾清器，主要負(fù)責(zé)過濾空氣中的雜質(zhì)；二是進(jìn)氣管道，主要將空氣引入到氣缸中。而在進(jìn)氣管中有個(gè)很重要的部件，就是節(jié)氣門。

　　節(jié)氣門主要的作用就是控制進(jìn)入氣缸的混合氣量大小。那它是怎么控制進(jìn)氣量的呢？我們開車時(shí)踩油門踏板的深淺，其實(shí)就是控制節(jié)氣門開度的大小。油門踏板踩得越深，節(jié)氣門開度就越大，混合氣進(jìn)入量就越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)上升。

　　傳統(tǒng)拉線油門是通過鋼絲一端與油門踏板相連另一端與節(jié)氣門相連，它的傳輸比例是1：1，這種方式控制精度不理想。而現(xiàn)在的電子節(jié)氣門（電子油門），是通過位置傳感器，將踩踏油門踏板動(dòng)作的力量、幅度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧�進(jìn)行分析，然后總結(jié)出駕駛者踩油門的意圖，再由ECU計(jì)算實(shí)際節(jié)汽門開合度并發(fā)出指令控制節(jié)汽門電機(jī)工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門的精準(zhǔn)控制。

● 進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度可變？

 　　我們平時(shí)看到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度好像都是固定的，它的長(zhǎng)度還可以改變？其實(shí)在進(jìn)氣歧管內(nèi)安裝控制閥，通過它的打開和關(guān)閉，可以將進(jìn)氣歧管分為兩段，從而改變它的有效長(zhǎng)度。那改變進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度有什么作用呢？主要是為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)氣效率，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力性能。

　　當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，黑色控制閥關(guān)閉，氣流被迫從長(zhǎng)歧管流入氣缸，可以增加進(jìn)氣的氣流速度和壓強(qiáng)，使汽油和空氣更好的混合，燃燒更充分（這個(gè)有點(diǎn)像把水流不急的水管捏扁后，水流速度會(huì)變急的原理一樣）。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，控制閥門打開，氣流繞開下端管道直接進(jìn)入氣缸，這時(shí)能更快吸入更多的空氣，增大發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速的進(jìn)氣量。

● 排氣歧管為什么“長(zhǎng)”得奇形怪狀的？

　　汽車的排氣系統(tǒng)主要包括排氣歧管、三元催化轉(zhuǎn)化器、消聲器和排氣管道等。主要的作用就是將氣缸內(nèi)燃燒的廢氣排出到大氣中。

　　為什么我們看到的排氣管大多都形狀怪異的？這種設(shè)計(jì)主要是為了最大限度地避免各缸排出的廢氣發(fā)生相互干涉或廢氣回流的現(xiàn)象，而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。

　　雖然排氣管設(shè)計(jì)的奇形怪狀，但為了防止出現(xiàn)紊流，還是遵循一定的原則的，如各缸排氣歧管盡可能獨(dú)立、長(zhǎng)度盡可能相等；排氣歧管盡可能長(zhǎng)等。

● 渦輪增壓是怎樣增壓的？

　　渦輪增壓大家并不陌生，平時(shí)在車的尾部都可以看到諸如1.4T、2.0T等字樣，這說明了這輛車的發(fā)動(dòng)機(jī)是帶渦輪增壓的。渦輪增壓（Turbocharger）簡(jiǎn)稱Turbo或T。渦輪增壓是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣帶動(dòng)渦輪來壓縮進(jìn)氣，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，使車更有勁。

　　渦輪增壓器主要由渦輪機(jī)和壓縮機(jī)兩部分組成，之間通過一根傳動(dòng)軸連接。渦輪的進(jìn)氣口與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管相連，排氣口與排氣管相連；壓縮機(jī)的進(jìn)氣口與進(jìn)氣管相連，排氣口則接在進(jìn)氣歧管上。到底是怎樣實(shí)現(xiàn)增壓的呢？主要是通過發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣沖擊渦輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)同軸的壓縮機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，強(qiáng)制地將增壓后的空氣壓送到氣缸中。

　　渦輪增壓主要是利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的能量帶動(dòng)壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的增壓，整個(gè)過程中基本不會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，擁有良好的加速持續(xù)性，但是在低速時(shí)渦輪不能及時(shí)介入，帶有一定的滯后性。

（渦輪增壓工作原理 ）

● 機(jī)械增壓又是怎樣的？

　　相對(duì)于渦輪增壓，機(jī)械增壓（Supercharger）的原理則有所不同。機(jī)械增壓主要是通過曲軸的動(dòng)力帶動(dòng)一個(gè)機(jī)械式的空氣壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)來壓縮空氣的。與渦輪增壓不同的是，機(jī)械增壓工作過程中會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力造成一定程度的損耗。

　　由于機(jī)械增壓器是直接由曲軸帶動(dòng)的，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，增壓器也就開始工作了。所以在低轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩輸出表現(xiàn)也十分出色，而且空氣壓縮量是按照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速線性上升的，沒有渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)介入那一刻的唐突，也沒有渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的低速遲滯。但是在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的損耗也是很大的，動(dòng)力提升不太明顯。

（機(jī)械增壓工作原理） 

● 雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是怎樣工作的？

　　雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，顧名思義就是指一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上裝有兩個(gè)增壓器。如一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用兩個(gè)渦輪增壓器，則稱為雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。如寶馬3.0L直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，采用的就是兩個(gè)渦輪增壓器。

　　針對(duì)廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現(xiàn)象，排氣管上并聯(lián)兩只同樣的渦輪（每三個(gè)缸一組連接一個(gè)渦輪增壓器），在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，較少的排氣即可驅(qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力，減小渦輪遲滯效應(yīng)。

（寶馬BMW M5 F10 雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)）

　　前面了解到，渦輪增壓器在低轉(zhuǎn)速時(shí)有遲滯現(xiàn)象，但高速時(shí)增壓值大，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力提升明顯，而且基本不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力；而機(jī)械增壓器，是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)渦輪，沒有渦輪增壓的遲滯，但是是損耗部分動(dòng)力、增壓值較低。那把它們結(jié)合一起就豈不是可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)了？

雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖（渦輪增壓器+機(jī)械增壓器）

　　如大眾高爾夫GT上裝備的1.4升TSI發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)師就把渦輪增壓器和機(jī)械增壓器結(jié)合到了一起。將機(jī)械增壓器安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)上，渦輪增壓器安裝在排氣系統(tǒng)上，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低速、中速和高速時(shí)都能有較好的增壓效果。