增壓技術(shù)機(jī)械

為了解決Turbo-Lag的問(wèn)題，工程師們想出了一個(gè)法子。那就是偏時(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)（頭文字D中似乎稱為無(wú)點(diǎn)火系統(tǒng)）。正常的引擎點(diǎn)火是在活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火，但是“偏時(shí)點(diǎn)火”是在收油換檔時(shí)停止點(diǎn)火動(dòng)作，刻意讓汽油在排氣門開(kāi)啟后進(jìn)入排氣頭端，有短期溫度極高，汽油一旦接觸立即爆炸，會(huì)產(chǎn)生“碰碰”的爆炸聲。強(qiáng)大的爆炸力會(huì)推動(dòng)渦輪機(jī)的排氣葉片，連動(dòng)使得渦輪機(jī)內(nèi)的增壓段葉片高速運(yùn)轉(zhuǎn)，繼續(xù)增壓，即車輛在低速或是換檔收油時(shí)都能有增壓效果。強(qiáng)大的爆炸火焰也會(huì)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(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)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(jì)成本的比賽中才使用，市售車不會(huì)使用。不過(guò)偏時(shí)點(diǎn)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(gè)很奇怪的東西，當(dāng)車手踩下油門時(shí)也會(huì)自動(dòng)幫你噴個(gè)火，頗像偏時(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)。但一般汽車安裝這種裝置很不妥，萬(wàn)一嚇倒路人或者燒到別人就不好了 -_-!!!

渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加進(jìn)氣量，它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來(lái)推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪有帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來(lái)的空氣，使之增壓進(jìn)入汽缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)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(dòng)機(jī)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(lái)作為原動(dòng)力的，所以在低轉(zhuǎn)速時(shí)由于排氣量不大，渦輪的工作效率就非常低。當(dāng)駕駛著踩下油門的時(shí)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(jué)，非常不舒服。

U2中提供了一個(gè)對(duì)渦輪的調(diào)校項(xiàng)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(shí)渦輪增壓在低轉(zhuǎn)速是不能發(fā)揮功率，所以調(diào)校時(shí)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(shí)避免了低轉(zhuǎn)速的Turbo-Lag效應(yīng)。

與渦輪增壓不同的是，機(jī)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(shí)沒(méi)有渦輪增壓的延遲問(wèn)題。但由于皮帶直接連接在引擎上，也增加了引擎的負(fù)擔(dān)，引擎的轉(zhuǎn)速越高負(fù)擔(dān)就越重，最終在高轉(zhuǎn)速下機(jī)械增壓會(huì)拖累引擎，所以一般高性能的跑車都不會(huì)裝機(jī)械增壓。

增壓技術(shù)工作過(guò)程

這里傳動(dòng)系統(tǒng)我們主要來(lái)說(shuō)說(shuō)變速箱和最終傳動(dòng)比。

我們先來(lái)看看一部引擎是如何帶動(dòng)一輛車（大部分車的重量都超過(guò)1噸?。。Ｇ懊嬉呀?jīng)講過(guò)，引擎產(chǎn)生的推進(jìn)能量只有扭矩，那么“矩”怎么變成“力”呢，很簡(jiǎn)單！除以一個(gè)距離就可以了！舉個(gè)例子，頭文字D中經(jīng)過(guò)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！?。】赡苣阋呀?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(biāo)準(zhǔn)單位只有358牛頓米，那怎么帶動(dòng)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(shí)將扭矩放大。扭矩和轉(zhuǎn)速?gòu)男↓X輪傳遞動(dòng)力至大齒輪時(shí)，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(gè)比例就是所謂的“齒輪比”。舉個(gè)例子，小齒輪20齒，大齒輪80齒，當(dāng)小齒輪以1000轉(zhuǎn)/每分鐘旋轉(zhuǎn)，扭矩100牛頓米時(shí)，經(jīng)過(guò)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(guò)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(fù)責(zé)傳動(dòng)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(shí)也在于控制汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，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(dòng)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(lái)說(shuō)。如果一檔齒輪比為3.250，最終傳動(dòng)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(huì)講到），于是我們可以算出第一檔的最大扭矩經(jīng)過(guò)放大后為15.2*3.250*4.058=200.47，比原引擎放大了13倍。此時(shí)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(shí)轉(zhuǎn)速卻降低了13倍，變成了400轉(zhuǎn)，大致計(jì)算出輪胎的周長(zhǎng)0.528米，好了，這樣就算出了這個(gè)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(dòng)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(dòng)比越大，加速越快；傳動(dòng)比越小，極速越高。再來(lái)看“加速靠扭力，極速靠馬力”這句話時(shí)，又有了新的認(rèn)識(shí)，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(méi)有良好的傳動(dòng)，依然不能發(fā)揮其優(yōu)越性。

U2中給與我們傳動(dòng)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(dòng)比，還可以調(diào)整每個(gè)檔位的傳動(dòng)比。如果一輛車的加速性能很差，那么可以將最終傳動(dòng)比調(diào)向加速度，同時(shí)可以將1、2檔的傳動(dòng)比增大（向左調(diào)）。但在調(diào)校是有一點(diǎn)需要注意，如果相鄰2個(gè)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(guò)大會(huì)導(dǎo)致?lián)Q檔后加速不順暢。調(diào)整時(shí)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(cuò)，不到或者超過(guò)太多都會(huì)使得兩個(gè)檔位的傳動(dòng)比相差過(guò)大。2100433B

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(jí)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(jìn)口傾斜，使得氣流能很好地適應(yīng)葉型的變化而平緩地過(guò)渡至軸向，并且可以有效地防止葉輪出口外徑增大帶來(lái)的輪緣處氣流脫離現(xiàn)象，使葉輪的內(nèi)部流場(chǎng)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(guó)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(jī)來(lái)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(jìn)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(lái)較為復(fù)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?；诖丝勺儨u輪增壓器有兩種結(jié)構(gòu)，即可動(dòng)舌片增壓結(jié)構(gòu)和可變噴嘴增壓結(jié)構(gòu)。對(duì)于無(wú)葉徑流式渦輪機(jī)，采用可動(dòng)舌片增壓結(jié)構(gòu)。如圖3所示，在渦輪進(jìn)氣截面后加擺動(dòng)舌片，通過(guò)舌片的擺動(dòng)，改變蝸殼的面徑比A/R值，對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，減小A/R值，提高渦輪轉(zhuǎn)速，增加進(jìn)氣壓力；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，增加A/R值，提高進(jìn)氣量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。可動(dòng)舌片增壓結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但由于流動(dòng)損失較大且調(diào)節(jié)范圍有一定限制，增壓器總效率低。

對(duì)于有葉徑流式渦輪機(jī)，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(dòng)機(jī)。如圖4所示，渦輪外圍的葉片就是可變噴嘴葉片，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速或怠速時(shí)，噴嘴葉片關(guān)閉或開(kāi)度很小，增加進(jìn)氣壓力，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩和響應(yīng)性；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，噴嘴葉片全開(kāi)或開(kāi)度加大，提高進(jìn)氣量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(wèn)題，在設(shè)計(jì)和制造上難度較大，生產(chǎn)成本高。

渦輪增壓（3）二級(jí)渦輪增壓技術(shù)

二級(jí)渦輪增壓技術(shù)，就是在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中采用兩個(gè)相互獨(dú)立的渦輪增壓器，實(shí)現(xiàn)增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)渦輪增壓器串聯(lián)搭配而成。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，只有一個(gè)質(zhì)量小的渦輪增壓器工作，這時(shí)較少的排氣即可驅(qū)動(dòng)這只渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩和渦輪遲滯問(wèn)題。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，質(zhì)量大的渦輪增壓器開(kāi)始介人工作，提高進(jìn)氣量，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。

二級(jí)渦輪增壓技術(shù)在提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和加速性的同時(shí)，可以改善渦輪遲滯現(xiàn)象，但與單級(jí)系統(tǒng)相比，在部分負(fù)荷時(shí)采用二級(jí)增壓系統(tǒng)增壓比下降快，使得發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷性能惡化。此外，二級(jí)渦輪增壓器結(jié)構(gòu)復(fù)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(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、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(dòng)機(jī)共用。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，電控單元發(fā)出控制信號(hào)，電機(jī)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)工作，電池中儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為壓氣機(jī)的動(dòng)能，增壓進(jìn)氣壓力，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性和低速轉(zhuǎn)矩問(wèn)題。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定程度，壓氣機(jī)能夠提供足夠的空氣時(shí)，電機(jī)就可以關(guān)閉或脫開(kāi)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高速大負(fù)荷工況時(shí)，電控單元發(fā)出控制信號(hào)起動(dòng)發(fā)電機(jī)，回收渦輪能量中的一部分，通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中心。電輔助技術(shù)改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩和渦輪遲滯問(wèn)題，降低了燃油消耗率，擴(kuò)大了發(fā)動(dòng)機(jī)的高效、經(jīng)濟(jì)區(qū)域。但由于輔助電機(jī)加人使得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加，對(duì)電機(jī)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(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)矩和渦輪遲滯等問(wèn)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(gè)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(shí)證明：使用可變噴嘴渦輪增壓器后能夠有效的改善發(fā)動(dòng)機(jī)低速轉(zhuǎn)矩和渦輪遲滯問(wèn)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(diǎn)。因此，將可變噴嘴與混流式渦輪結(jié)合，設(shè)計(jì)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(jí)渦輪增壓技術(shù)

可變二級(jí)增壓技術(shù)融合了可變截面渦輪增壓技術(shù)和二級(jí)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(jī)和高性能轎車柴油機(jī)上都有良好的應(yīng)用前景。如圖7所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，所有廢氣先經(jīng)高壓級(jí)渦輪膨脹，再經(jīng)低壓級(jí)渦輪膨脹；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高速大負(fù)荷工況時(shí)，調(diào)節(jié)閥打開(kāi)，部分廢氣不經(jīng)高壓級(jí)渦輪而直接經(jīng)低壓級(jí)渦輪膨脹后排出，以降低高壓級(jí)渦輪功，從而降低高壓級(jí)壓氣機(jī)壓比，使總進(jìn)氣壓比不超過(guò)設(shè)定值。

此外，對(duì)于高原柴油機(jī)，由于空氣密度較低，進(jìn)氣量減少，只采用單級(jí)渦輪增壓技術(shù)不能夠滿足柴油機(jī)動(dòng)力性要求?？勺兌?jí)渦輪增壓技術(shù)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在全海拔具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性?？梢哉J(rèn)為可變二級(jí)增壓技術(shù)是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率、低速轉(zhuǎn)矩，滿足未來(lái)嚴(yán)格排放法規(guī)和滿足未來(lái)高功率密度發(fā)動(dòng)機(jī)需求的重要技術(shù)。

渦輪增壓（3）復(fù)合增壓技術(shù)

復(fù)合增壓技術(shù)同時(shí)采用機(jī)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(wèn)題。但由于復(fù)合增壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此長(zhǎng)期以來(lái)在應(yīng)用上受到一定的限制，一般只用在二沖程柴油機(jī)和一些特殊場(chǎng)合。如圖8所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，用機(jī)械增壓器提供進(jìn)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(wèn)題；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度，渦輪完全啟動(dòng)后，機(jī)械增壓器自動(dòng)斷開(kāi)，由渦輪增壓器提供進(jìn)氣。復(fù)合增壓型發(fā)動(dòng)機(jī)很好地發(fā)揮了機(jī)械增壓技術(shù)和渦輪增壓技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)全工況范圍，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩，徹底消除渦輪遲滯問(wèn)題，它代表著未來(lái)渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展方向。

柴油機(jī)中間冷卻技術(shù)的類型分兩種，一種是利用柴油機(jī)的循環(huán)冷卻水對(duì)中冷器進(jìn)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(dāng)利用冷卻水冷卻時(shí)，需要添置一個(gè)獨(dú)立循環(huán)水的輔助系統(tǒng)才能達(dá)到較好的冷卻效果，這種方式成本較高而且機(jī)構(gòu)復(fù)雜。因此，汽車柴油機(jī)大都采用空氣冷卻式中冷器。