类型概述:
电驱涡轮机械增压废气增压
一般提及的「TURBO·涡轮增压」技术指第三种废气涡轮增压器,这是种唯一不能在后市场改装的系统——很多驾驶自然吸气发动机(NA)车辆的用户,因对于羸弱的动力不能接受,而考虑改装增压系统;考虑的类目初期总是以这种增压器为主,但确实没有操作的实际可能性,因其结构非常复杂且动力提升效果太好,也就是达到了NA无法承受的程度 。
两个问题
什么是增压器,又为什么要增压呢?
其实增压器的本质没有什么特别的高新科技,这就是种「空气压缩机」,只是压缩后没有准备贮存压缩空气的气罐罢了 。商用汽车的刹车系统就有压气机和高压空气罐,充气泵也是将空气压缩后充入轮胎,甚至成为笑料的“空气动力汽车”也是压缩空气后喷射而获得动力 。
这就是增压器的概念了,三种增压器的区别只是驱动其压气机涡轮的动力源不同罢了;废气涡轮是利用内燃机运行时必然会产生的高压排气驱动,这属于废气利用(不增加油耗);机械增压器则是以皮带连接发动机的曲轴,以消耗扭矩为基础带动压气机运转,电涡轮当然是电机驱动涡轮运转 。
图1:废气增压系统概念
图2:机械增压系统概念
图3:一般改装用的电涡轮
【压缩空气】等于高氧浓度的空气 。空气是由78%的氮气分子,20.94%的氧气分子,0.03%的二氧化碳,以及微量的氦氖氩氪氙氡六种惰性稀有气体组成 。各种分子都会悬浮在空气中,基于分子具备相斥又相吸的特点,所以空气会是致密但看不见的物质,在不同的气压(海拔)的作用下,各类分子会维持标准的间隙——可理解为分子与分子间的间隔空间 。
压缩其实是个“动词”,压缩空气才是个“名词”;压缩的过程是通过外力挤压空气各个分子之间的间隙,也就是让空气变得更加致密 。
但是发动机气缸的容积是不变的,假设单缸容积为0.5L,吸入常压的空气的氧分子数量则会是标准值 。而如果将空气压缩一倍的体积,吸入的空气的体积还是0.5L的尺寸,但是氧分子的数量是不是翻一倍呢?这就是压缩空气的目的,说白了就是增加氧浓度 。
【富氧燃烧】是涡轮增压发动机扭矩大的核心因素,首先通过压气机可以在很低的转速范围内,实现与单缸容量(排量除以气缸数)相同的进气量,排量指所有气缸容积的总和 。而自然吸气只有依靠运转时的负压吸力吸入空气,结果是只能在高转速时实现最大扭矩——很多人认为涡轮增压发动机的扭矩大只是因为吸气量的标准,其实这是错误的理解 。
2.0L·4000rpm达到最大扭矩·平均200N·m2.0T·1500rpm达到最大扭矩·平均350N·m
在两种机器都按照标准进气喷油量做功时,扭矩是不是仍旧悬殊极大呢?这就否定了涡轮增压是依靠正压进气提升扭矩的说法 。其实真正提升扭矩的基础是富氧燃烧!
不论NA还是TURBO都做不到在短暂的做功冲程中,让混合油气充分的燃烧并转化为热能;这些机器都只能完成100%燃烧的一部分比例而已,假设1毫秒可以完成1%的燃烧,做功时间是60毫秒,NA机型就只能达到60%的充分性;但如果在60毫秒的时间中,每毫秒可以完成1.5%,相同时间内就能达到90%的充分性(举例) 。
燃油只有燃烧才能产生热能,所以燃烧充分性直接决定热能(扭矩)的大小;在限定的时间中只有提高单位时间的燃烧速度,或者称之为燃烧效率才能增加等量燃油转化出的热能——提高燃烧的基础就是提高与其反应的氧分子数量,因为燃烧的本质是碳氢化合物的氧化还原反应,这就是为什么要压气增氧的原因,也是增压技术普及的核心因素,因其可以大幅提升扭矩,而只要扭矩足够大则可以以低转速实现大马力,扭矩×转速÷9549=功率……
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