增壓技術(shù)傳動系統(tǒng)

增壓技術(shù)工作過程

這里傳動系統(tǒng)我們主要來說說變速箱和最終傳動比。

我們先來看看一部引擎是如何帶動一輛車（大部分車的重量都超過1噸?。。?。前面已經(jīng)講過，引擎產(chǎn)生的推進能量只有扭矩，那么“矩”怎么變成“力”呢，很簡單！除以一個距離就可以了！舉個例子，頭文字D中經(jīng)過改裝的AE86，大約有15KgM的扭矩，而他的后輪尺寸為185/60 R14（半徑41cm），15/0.41=36.6公斤的力量?。?！可能你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，引擎施加給后輪的力之有每只36.6公斤，換算成標準單位只有358牛頓米，那怎么帶動重量接近1噸的AE86呢？而且引擎的轉(zhuǎn)速有7000轉(zhuǎn)，那后輪也要跟著每分鐘7000轉(zhuǎn)？幸好有了“齒輪”，一切得以改變。

利用不同大小的齒輪相連搭配，可以將傳到輪胎的轉(zhuǎn)速度降低，同時將扭矩放大。扭矩和轉(zhuǎn)速從小齒輪傳遞動力至大齒輪時，轉(zhuǎn)速降低的比率以及扭矩放大的倍數(shù)，都恰好等于兩齒輪的齒數(shù)比例，這個比例就是所謂的“齒輪比”。舉個例子，小齒輪20齒，大齒輪80齒，當小齒輪以1000轉(zhuǎn)/每分鐘旋轉(zhuǎn)，扭矩100牛頓米時，經(jīng)過小齒輪到大齒輪的傳遞，轉(zhuǎn)速降到了250轉(zhuǎn)，而扭矩增大到400牛頓米，這就是引擎扭矩經(jīng)過變速箱和差速齒輪放大的原理。

我們知道一部車上有2組負責傳動的齒輪，一組是變速箱，另一組是差速齒輪（差速齒輪的作用同時也在于控制汽車轉(zhuǎn)彎時，內(nèi)側(cè)輪胎于外側(cè)輪胎旋轉(zhuǎn)速度的不同，使外側(cè)輪胎更快的旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)轉(zhuǎn)彎）（差速齒輪的齒輪比又被稱為“最終傳動比”）。所以，汽車中引擎產(chǎn)生的扭矩被放大的比例就是這2者的乘積。依舊以上面的AE86來說。如果一檔齒輪比為3.250，最終傳動為4.058，而引擎的最大扭矩為15.2kgm/5200rpm（RPM為轉(zhuǎn)速單位，轉(zhuǎn)/每分鐘，轉(zhuǎn)速的概念在后面會講到），于是我們可以算出第一檔的最大扭矩經(jīng)過放大后為15.2*3.250*4.058=200.47，比原引擎放大了13倍。此時再除以輪胎半徑約0.41m，即可獲得推力約為488.95公斤。而此時轉(zhuǎn)速卻降低了13倍，變成了400轉(zhuǎn)，大致計算出輪胎的周長0.528米，好了，這樣就算出了這個轉(zhuǎn)速下，每分鐘車只能跑211米。

增壓技術(shù)其他

由上面的講解，我們大概應(yīng)該知道了，調(diào)整一部車的傳動比就可以調(diào)整這部車更偏重加速能力還是極速能力。傳動比越大，加速越快；傳動比越小，極速越高。再來看“加速靠扭力，極速靠馬力”這句話時，又有了新的認識，車的表現(xiàn)是綜合性的，絕不是僅僅引擎的較量，再好的引擎沒有良好的傳動，依然不能發(fā)揮其優(yōu)越性。

U2中給與我們傳動系統(tǒng)的調(diào)校還是比較充裕的，我們不僅可以調(diào)整最終傳動比，還可以調(diào)整每個檔位的傳動比。如果一輛車的加速性能很差，那么可以將最終傳動比調(diào)向加速度，同時可以將1、2檔的傳動比增大（向左調(diào)）。但在調(diào)校是有一點需要注意，如果相鄰2個檔位之間齒輪比相差越大（1、2檔除外），在換檔之后轉(zhuǎn)速下降的越多，如果齒輪比相差過大會導致?lián)Q檔后加速不順暢。調(diào)整時最好可以使得低1檔綠線的尾端和高1檔綠線的頭端相交錯，不到或者超過太多都會使得兩個檔位的傳動比相差過大。2100433B

與渦輪增壓不同的是，機械增壓不利用引擎的廢氣，而是直接將皮帶連接在引擎上，所以它的增壓功率和引擎的轉(zhuǎn)速成正比，同時沒有渦輪增壓的延遲問題。但由于皮帶直接連接在引擎上，也增加了引擎的負擔，引擎的轉(zhuǎn)速越高負擔就越重，最終在高轉(zhuǎn)速下機械增壓會拖累引擎，所以一般高性能的跑車都不會裝機械增壓。

U2中提供了一個對渦輪的調(diào)校項目。從引擎片中我們已經(jīng)知道，引擎的表現(xiàn)很大程度上取決于高轉(zhuǎn)速下扭矩的輸出，同時渦輪增壓在低轉(zhuǎn)速是不能發(fā)揮功率，所以調(diào)校時推薦在3000轉(zhuǎn)以下不要使用渦輪增壓，而在引擎的峰值扭矩之后所有的轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)將渦輪增壓調(diào)至最高，這樣可以有效利用渦輪增壓的高速下發(fā)揮的威力，同時避免了低轉(zhuǎn)速的Turbo-Lag效應(yīng)。

為了解決Turbo-Lag的問題，工程師們想出了一個法子。那就是偏時點火系統(tǒng)（頭文字D中似乎稱為無點火系統(tǒng)）。正常的引擎點火是在活塞運動到上死點時點火，但是“偏時點火”是在收油換檔時停止點火動作，刻意讓汽油在排氣門開啟后進入排氣頭端，有短期溫度極高，汽油一旦接觸立即爆炸，會產(chǎn)生“碰碰”的爆炸聲。強大的爆炸力會推動渦輪機的排氣葉片，連動使得渦輪機內(nèi)的增壓段葉片高速運轉(zhuǎn)，繼續(xù)增壓，即車輛在低速或是換檔收油時都能有增壓效果。強大的爆炸火焰也會順著排氣管一路沖向尾管，產(chǎn)生一串串火焰從尾管噴出。但偏時點火系統(tǒng)對引擎氣缸頭段連同渦輪葉片承受極大的壓力，一般只有在不計成本的比賽中才使用，市售車不會使用。不過偏時點火系統(tǒng)產(chǎn)生的尾管火焰頗為搶眼，有些改裝車在尾管裝了個很奇怪的東西，當車手踩下油門時也會自動幫你噴個火，頗像偏時點火系統(tǒng)。但一般汽車安裝這種裝置很不妥，萬一嚇倒路人或者燒到別人就不好了 -_-!!!

渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量，它是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪有帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入汽缸。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和增加發(fā)動機轉(zhuǎn)速，即能增加輸出功率。

Turbo-Lag，由于渦輪增壓是利用引擎的廢氣來作為原動力的，所以在低轉(zhuǎn)速時由于排氣量不大，渦輪的工作效率就非常低。當駕駛著踩下油門的時候渦輪是隨著轉(zhuǎn)速的提高而提高，這常常給人一種渦輪滯后的感覺，非常不舒服。

目前主要的渦輪增壓技術(shù)有混流式渦輪增壓技術(shù)、可變渦輪增壓技術(shù)、兩級渦輪增壓技術(shù)、電輔助渦輪增壓技術(shù)。

渦輪增壓（1）混流式渦輪增壓技術(shù)

混流式渦輪也稱斜流式渦輪，是一種介于徑流式渦輪和軸流式渦輪的一種中間形式。如圖2所示，由于葉片進口傾斜，使得氣流能很好地適應(yīng)葉型的變化而平緩地過渡至軸向，并且可以有效地防止葉輪出口外徑增大帶來的輪緣處氣流脫離現(xiàn)象，使葉輪的內(nèi)部流場大為改善，與同樣輪徑的徑流式渦輪相比，流通能力增加約40%，可以滿足渦輪增壓器向高速、大容量變化發(fā)展要求。世界各國最新車用增壓器產(chǎn)品上，已采用大容量混流式渦輪和寬流量范圍的前傾后彎壓氣機來獲得高效率的增壓器性能。

渦輪增壓（2）可變截面渦輪增壓技術(shù)

渦輪流通部分起作用的共有三處截面，即渦輪進氣截面、蝸殼出口環(huán)形截面以及葉輪出口截面。其中葉輪出口截面處調(diào)節(jié)因?qū)崿F(xiàn)起來較為復雜且易造成較大損失，調(diào)節(jié)效果不如前兩者，故一般不予考慮。基于此可變渦輪增壓器有兩種結(jié)構(gòu)，即可動舌片增壓結(jié)構(gòu)和可變噴嘴增壓結(jié)構(gòu)。對于無葉徑流式渦輪機，采用可動舌片增壓結(jié)構(gòu)。如圖3所示，在渦輪進氣截面后加擺動舌片，通過舌片的擺動，改變蝸殼的面徑比A/R值，對進氣量進行調(diào)節(jié)。在發(fā)動機低速時，減小A/R值，提高渦輪轉(zhuǎn)速，增加進氣壓力；當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時，增加A/R值，提高進氣量，保證發(fā)動機的動力輸出?？蓜由嗥鰤航Y(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，易實現(xiàn)自動控制，但由于流動損失較大且調(diào)節(jié)范圍有一定限制，增壓器總效率低。

對于有葉徑流式渦輪機，采用可變噴嘴增壓結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)主要適用于在大排量重型車用渦輪增壓發(fā)動機。如圖4所示，渦輪外圍的葉片就是可變噴嘴葉片，在發(fā)動機低速或怠速時，噴嘴葉片關(guān)閉或開度很小，增加進氣壓力，從而提高發(fā)動機的低速轉(zhuǎn)矩和響應(yīng)性；當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時，噴嘴葉片全開或開度加大，提高進氣量，保證發(fā)動機的動力輸出。但可變噴嘴渦輪增壓器仍不能徹底消除渦輪遲滯問題，在設(shè)計和制造上難度較大，生產(chǎn)成本高。

渦輪增壓（3）二級渦輪增壓技術(shù)

二級渦輪增壓技術(shù)，就是在發(fā)動機進氣系統(tǒng)中采用兩個相互獨立的渦輪增壓器，實現(xiàn)增壓器與發(fā)動機在更大工況范圍的良好匹配的一種技術(shù)。如圖5所式該渦輪增壓系統(tǒng)由一大一小兩個渦輪增壓器串聯(lián)搭配而成。在發(fā)動機低速時，只有一個質(zhì)量小的渦輪增壓器工作，這時較少的排氣即可驅(qū)動這只渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進氣壓力，改善發(fā)動機的低速轉(zhuǎn)矩和渦輪遲滯問題。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時，質(zhì)量大的渦輪增壓器開始介人工作，提高進氣量，保證發(fā)動機的動力輸出。

二級渦輪增壓技術(shù)在提高發(fā)動機動力性和加速性的同時，可以改善渦輪遲滯現(xiàn)象，但與單級系統(tǒng)相比，在部分負荷時采用二級增壓系統(tǒng)增壓比下降快，使得發(fā)動機低負荷性能惡化。此外，二級渦輪增壓器結(jié)構(gòu)復雜，制造成本較高。

渦輪增壓（4）電輔助渦輪增壓技術(shù)

如圖6所示，電輔助渦輪增壓系統(tǒng)主要增加了電動機/發(fā)電機、電路控制單元、電池、高功率逆變電源和一些傳感器。其中，電控單元和電池可與發(fā)動機共用。在發(fā)動機低速時，電控單元發(fā)出控制信號，電機啟動驅(qū)動壓氣機工作，電池中儲存的電能轉(zhuǎn)化為壓氣機的動能，增壓進氣壓力，改善發(fā)動機的加速性和低速轉(zhuǎn)矩問題。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升到一定程度，壓氣機能夠提供足夠的空氣時，電機就可以關(guān)閉或脫開。當發(fā)動機在高速大負荷工況時，電控單元發(fā)出控制信號起動發(fā)電機，回收渦輪能量中的一部分，通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能儲存在蓄電池中心。電輔助技術(shù)改善了發(fā)動機的低速轉(zhuǎn)矩和渦輪遲滯問題，降低了燃油消耗率，擴大了發(fā)動機的高效、經(jīng)濟區(qū)域。但由于輔助電機加人使得轉(zhuǎn)動慣量增加，對電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和增壓器軸提出了很高的要求。

為解決發(fā)動機低速轉(zhuǎn)矩和渦輪遲滯等問題，降低燃油消耗率，減少有害物的排放。渦輪增壓技術(shù)主要向以下三個方向發(fā)展：

渦輪增壓（1）可變混流式渦輪增壓技術(shù)

可變混流式渦輪增壓技術(shù)綜合了可變截面渦輪增壓技術(shù)和混流式渦輪增壓技術(shù)。事實證明：使用可變噴嘴渦輪增壓器后能夠有效的改善發(fā)動機低速轉(zhuǎn)矩和渦輪遲滯問題，降低有害物的排放。而混流式渦輪則在高轉(zhuǎn)速、小型化、大容量的發(fā)展方向下較徑流式渦輪有著較為顯著的優(yōu)點。因此，將可變噴嘴與混流式渦輪結(jié)合，設(shè)計出可變混流式渦輪增壓（VN-MT）成為目前增壓器的研究方向之一。

渦輪增壓（2）可變二級渦輪增壓技術(shù)

可變二級增壓技術(shù)融合了可變截面渦輪增壓技術(shù)和二級渦輪增壓技術(shù)，極大拓寬了增壓器高效流量范圍，在重型柴油機和高性能轎車柴油機上都有良好的應(yīng)用前景。如圖7所示，在發(fā)動機低速時，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，所有廢氣先經(jīng)高壓級渦輪膨脹，再經(jīng)低壓級渦輪膨脹；當發(fā)動機在高速大負荷工況時，調(diào)節(jié)閥打開，部分廢氣不經(jīng)高壓級渦輪而直接經(jīng)低壓級渦輪膨脹后排出，以降低高壓級渦輪功，從而降低高壓級壓氣機壓比，使總進氣壓比不超過設(shè)定值。

此外，對于高原柴油機，由于空氣密度較低，進氣量減少，只采用單級渦輪增壓技術(shù)不能夠滿足柴油機動力性要求?？勺兌墱u輪增壓技術(shù)可以使發(fā)動機在全海拔具有最佳的動力性和燃油經(jīng)濟性?？梢哉J為可變二級增壓技術(shù)是提高發(fā)動機的升功率、低速轉(zhuǎn)矩，滿足未來嚴格排放法規(guī)和滿足未來高功率密度發(fā)動機需求的重要技術(shù)。

渦輪增壓（3）復合增壓技術(shù)

復合增壓技術(shù)同時采用機械增壓技術(shù)和渦輪增壓技術(shù)，理論上可以徹底消除渦輪遲滯問題。但由于復合增壓器結(jié)構(gòu)復雜，因此長期以來在應(yīng)用上受到一定的限制，一般只用在二沖程柴油機和一些特殊場合。如圖8所示，在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時，用機械增壓器提供進氣，從而消除渦輪介人前由于壓縮比不夠高造成的功率下降問題；當發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到一定程度，渦輪完全啟動后，機械增壓器自動斷開，由渦輪增壓器提供進氣。復合增壓型發(fā)動機很好地發(fā)揮了機械增壓技術(shù)和渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)點，在發(fā)動機全工況范圍，提高發(fā)動機的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩，徹底消除渦輪遲滯問題，它代表著未來渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展方向。

柴油機中間冷卻技術(shù)的類型分兩種，一種是利用柴油機的循環(huán)冷卻水對中冷器進行冷卻，另一種是利用散熱器冷卻，也就是用外界空氣冷卻。當利用冷卻水冷卻時，需要添置一個獨立循環(huán)水的輔助系統(tǒng)才能達到較好的冷卻效果，這種方式成本較高而且機構(gòu)復雜。因此，汽車柴油機大都采用空氣冷卻式中冷器。