涡轮增压技术的原理很简单,就是利用发动机的废气能量吹动废气涡轮叶片,让同轴相连的压缩涡轮叶片也跟着一起转动,把压缩后的空气送入气缸,提升发动机的进气量,再给发动机多喷点汽油,来提升发动机的动力输出
最大的好处就是可以在不提升排量的情况下,压榨出更多的发动机动力。最大的缺点就是发动机运行工况变得更加恶劣,维修保养成本会增高,而且还会有“ 涡轮迟滞 ”的现象
烦人的涡轮迟滞
这个涡轮迟滞就是当我们在踩下油门,到涡轮开始介入工作的时间差,也就是涡轮建立正压的过程,这个过程的时间越长,涡轮迟滞的现象就会越明显
由于废气和涡轮之间无法实现硬连接, 当发动机转速很低时,产生的废气不足以带动涡轮叶片,就会出现动力输出延迟的现象 ,就像小时候玩的风车一样,用嘴吹总会有迟滞的过程,但是用手拨动,就会立即得到反馈
涡轮的迟滞反应到实际的驾驶中,可能就会出现“ 轻踩不走,重踩窜车 ”的现象。汽车工程师想出了各种办法,但是涡轮迟滞的先天缺陷依然没有得到根本解决
低惯量涡轮
第一种解决方案就是低惯量涡轮, 这个低惯量其实就是采用直径更小的叶片 ,只需要很少的废气就能驱动,在发动机1500转左右就能实现增压,有效缓解涡轮迟滞现象,提高涡轮的响应速度
但是低惯量涡轮只能覆盖中低速的工况范围,中后段的动力输出不足,所以只适合用在家用车上
二级涡轮增压
第二种解决方案就是采用二级涡轮增压。既然低惯量涡轮可以覆盖中低速的工况,那么再加上一个大涡轮,就可以覆盖高、中、低三个工况范围, 也就有了“一大一小”的串联双增压系统
在低转速时低惯量涡轮会先介入,保证中低转速拥有充足的扭矩
当转速达到一定值,大惯量涡轮的旁通阀会开启,让废气同时带动两颗涡轮 ,并且由于采用串联结构,可以实现增压叠加的效果,满足发动机高转速的工况要求
最典型的就是宝马的3.0L双涡轮发动机
V型发动机虽然也是两颗涡轮,但是采用的是并联的结构
因为V型发动机本身就是把气缸分成了2组,拥有2套气门结构,如果安装涡轮增压,自然也是两边各安装1个,相互独立,互不影响
电动涡轮
第三种解决方案就是采用电动涡轮,就是把驱动涡轮叶片的“动力源”,从被动的废气驱动,改成了通过电机主动控制
电动涡轮被称为涡轮迟滞的克星 ,但是在高转速区间,电机的能耗也会增大,就算电机撑得住,一般的汽车电源也很能满足要求
所以奥迪、沃尔沃、奔驰这些采用电动涡轮的车企,都是采用 “废气+电动” 的双增压模式,低速工况用电动涡轮,高速再切换到废气涡轮
这种增压形式不仅结构复杂,成本高,而且电动增压模块也没有纯机械增压稳定,后期的故障率也得不到保障
机械增压
第四种解决方案就是机械增压。也是改变了“动力源”,不用废气也不用电机, 而是把涡轮通过皮带连接到发动机的曲轴皮带轮,通过曲轴运转的扭力来带动涡轮叶片
机械增压也可以很好地解决涡轮迟滞的问题,但是由于需要占用发动机的功率,增压效果并不理想
小结
涡轮迟滞算是废气涡轮增压技术的先天缺陷,各大车企为了解决这个问题也是想出了很多种解决方案, 最终的目的都是为了实现更强的增压效果,更短的涡轮迟滞现象
本文来源:汽车电子学堂
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