详解涡轮发动机“火红1600度”的秘密

 

 

      详解涡轮发动机“火红1600度”的秘密

        虽然F0并没有涡轮增压版，估计以后也不会有，但是我依然想在这个版块和大家分享一下涡轮技术。
我个人比较喜欢研究汽车技术，希望在此与各位网友多多交流。

本贴中技术资料来源于网络，经本人整理后与大家分享！
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涡轮增压百年魅力：
1905年，苏尔寿（Sulzer）兄弟研发公司发明了世界上第一台涡轮增压器，为此后高性能发动机的产生提供了良好的解决方案。早期的涡轮增压器主要应用在航空领域。到20世纪30年代，由于在赛车上的应用，涡轮增压发动机已经变得广为人知。随后，涡轮增压器逐渐扩展到量产车领域，先是卡车，然后是轿车。
在涡轮增压器长达一个世纪的开拓和发展方面，盖瑞特（Garrett）公司起到了至关重要的作用。1953年，盖瑞特公司研发了T02涡轮增压器，并取得巨大成功。1954年，盖瑞特成立空研工业部，专门从事涡轮增压器的设计与制造。到1961年，又在汽车界首次尝试将涡轮增压器应用到轿车上。在随后的发展中，盖瑞特逐渐演变成世界上最著名的涡轮增压器厂商。到1999年，盖瑞特并入霍尼韦尔（Honeywell）公司，但增压器产品仍沿用盖瑞特商标。
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涡轮的定义：
Turbo，即涡轮增压，简称T，最早时候由瑞典的萨博（SAAB）汽车公司应用于汽车领域。现在很多人都知道了，涡轮增压简称TURBO，如果在轿车尾部看到TURBO或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机。 例如 大众  宝来 的1.8T、帕萨特的1.8T、通用汽车的1.6T，2.0T系列车型等等。这些汽车的发动机工作，是靠燃料在发动机气缸内燃烧作功，从而对外输出功率。在发动机排量一定的情况下，若想提高发动机的输出功率，最有效的方法就是多提供燃料燃烧。然而，向气缸内多提供燃料容易做到，但要提供足够量的空气以支持燃料完全燃烧，靠传统的发动机进气系统是很难完成的。
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。
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各位网友：下面的照片只是用来说明涡轮工作时的状态，请大家不要和近期的大众途观车祸爆炸事件相关联，本文只作技术讨论，不对任何事件发表评论！

 

先上两张震撼的图吧，稍后做详解！

要想知道涡轮为什么在工作的时候会这么通红，看了下面的工作原理，你就明白了！
据资料显示：
普通涡轮发动机能够在启动后不久轻松达到600摄氏度
而使用AVG技术的涡轮会产生1000摄氏度的高温
令人称奇的布加迪威龙，其4涡轮发动机的最高温度能突破1600摄氏度
下面照片中这个1000匹马力的发动机，其工作温度也达到了1600度左右

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2010-7-30 15:03

某款发动机的涡轮增压器工作时状态

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2010-7-30 12:04
福特涡轮发动机：此为实验人员榨取发动机1000马力时的工作状态，但是下面这张图可是涡轮发动机正常工作的图，反正我是对此类发动机的散热很担心
据称：达到1000马力时，涡轮已经超过1600摄氏度

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2010-7-30 14:16
某车型1.8T涡轮引擎，熄火后立刻查看发动机舱！！！！惊人！！！！！！
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涡轮烧红是正常工作状态。迈腾号称的水冷涡轮增压也不过是指中冷器冷却，停车后还需要运转一段时间才能降温。

大扭矩就是这样换来的

涡轮增压温度=废气温度+涡轮快速转动摩擦温度+进气空气压缩温度。

增压器的涡轮端装有合金密封环，如果此密封环损坏，发动机高速运转时，废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，发动机低速运转时，机油会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度消耗。因此，当出现上述两种异常情况时，即说明涡轮增压器有故障，必须拆下检修。
由于废气涡轮增压器经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600℃左右，增压器转子以832～1040r/min 的高速旋转。涡轮增压叶片每秒就转动17次，这才是产生高温最主要的因素。
下面多看几个图
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2010-7-30 14:52

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2010-7-30 14:54
【大众1.8T发动机】工作时状态

 

 

 

   

涡轮增压的分类

发动机的增压方法根据驱动增压器所用能量来源的不同，基本上可以分为四类：
1.第一类是机械增压系统，增压器由发动机曲轴通过齿轮(或链条等)直接驱动。
2.第二类是废气涡轮增压系统，增压器是由发动机工作时排出的废气带动的。
3.第三类是复合增压系统，即在发动机上，既采用废气涡轮增压器，又同时应用机械驱动式增压器。此外还有惯性增压、气波增压等其他增压方式。
4.第四类是前段式真空控制系统，即利用发动机气缸真空控制，从进气支管给气缸进气，这种技术2003年在台湾被发明，台湾专利案号 M301275－宝久马力小涡轮。
 
【大众TSI发动机：属于上述第三类发动机】
需要注意的是，引进国内后，大众TSI发动机取消了机械增压，属于上述第二种类型


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2010-7-30 13:08
顺便提一下大众缸内直喷技术，缸内直喷技术在VAG集团中被广泛运用，由Audi RS4和R8共享的4.2升FSI发动机即是其中性能强悍的代表作。    其中VAG集团可以算是导入缸内直喷科技最具代表性的例子，目前包含Audi和VW都已将名为FSI的缸内直喷发动机列为旗下车款的高阶动力来源，而且在Audi和VW车系的顶级车上，甚至更以FSI结合上涡轮增压以增大动力。
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2010-7-30 13:08
供油系统采用缸内直喷设计的最大优势，就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中，因此除了喷油嘴的构造和位置都异于传统供油系统，在油气的雾化和混合效率上也更为优异。加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步，计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准，因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅提升下，除了发动机得以产生更大动力，对于环保和节能也都有正面的帮助。

 

 

 

涡轮增压装置的组成

大家可能会觉得涡轮增压装置非常复杂，其实并不复杂，涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上。然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好，你的发动机就好像电脑CPU一样被“超频”了。
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2010-7-30 12:43
涡轮增压3D模型图

   

 

插播图片：当今世界上最强大的布加迪16.4发动机【4涡轮】

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2010-7-30 12:46
据布加迪工程师描述：研制第一台布加迪威龙发动机时，他们居然把屋顶的排气系统烧毁了，可见涡轮的热量之惊人！ 详解涡轮发动机“火红1600度   W020090222398378596040.jpg (76.9 KB)
2010-7-30 12:48
事实上，布加迪的W16发动机是由两部V8发动机拼接而成，全车的10个散热器为强大的涡轮散热

 

 

 

 

 

 

高温的涡轮 正如你所猜想的，被压缩气体离开压缩室后温度会升高，主要是由压缩过程和气体与机件的磨擦引起的。那么在进入燃烧室之前就有必要对其冷却（以一般的科学常识，气体遇热会发散），这时充气冷却器（或者叫热交换器）就要参与工作。冷却器降低了压缩气体的温度，同时也能让燃烧室温度保持在一个较低的水平上。有些系统甚至在冷却器上再加一个风扇，以确保进一步降低进气温度。

涡轮增压器的优势

安全: 一台涡轮增压发动机最多能7倍功率于同等排量的自然吸气发动机，例如在F1赛场，一台1.5升涡轮增压发动机能产生1000马力的功率。正常情况下，涡轮增压器能提供翻番的动力，让车辆有更好的响应和安全性。增压发动机能有效抵御高原缺氧的情况，这一点对载重车辆和越野车更有帮助。

更经济: 涡轮增压发动机利用了再循环的废气，使能量转化效率提高，热损失减少，经济性比自然吸气发动机要好。

清洁:由于更多的空气进入发动机，燃烧变得更容易，也更彻底，因此排放变得更清洁了。当今的涡轮增压柴油机比自然吸气式能降低50%的NOx and CO2排放

更多乐趣: 涡轮增压能增大发动机扭力,改善车辆道路性能，并让驾驶者充满乐趣。

德国大众TSI发动机

大众的TSI技术（Twincharger Stratified Injection）指双增压（涡轮和机械增压）分层喷射技术。　涡轮增压的原理是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，发动机的输出功率就得到了较大的提升。增压带来的好处是“既让马儿跑得快，又让马儿吃得少”，通常情况下，涡轮增压器以后的发动机功率和扭矩要提高20%-40%，但废气涡轮在结构简单，性能突出的背后也有它的弊端，由于叶轮的惯性作用对油门的突然变化反应迟缓，在急加速的情况下，会有短暂的发动机“不出力”的现象。此外，废气涡轮依靠发动机油散热，工作时过高的温度和超过每分钟30000次的转速都会让涡轮增压器在保养或使用不当时成为易损部件。涡轮增压发动机在较低和较高转速时都有一个动力的空挡，为了进一步提高发动机的效率，增加一个机械增压装置，并让它在低转速时加大进气压力。而涡轮增压器的尺寸可以再大一些，去弥补高转速时的动力空挡，从而达到一个从低到高转速的全段优异动力表现。
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2010-7-30 13:45

国外和国内的TSI有很大区别

在国内，TSI的T代表涡轮增压，Si代表燃油直喷，而不是T与FSI的简称，并没有燃油分层喷射技术，因为国内燃油质量一般，达不到分层喷射的要求。一般国产的大众系列车型会这么称呼。此外，国内TSI发动机还取消了机械增压。

在国外TSI就是上面的解释，在这里T就代表Twincharger的意思，就是双增压（涡轮和机械增压）的意思，Si就是 Stratified Injection，燃油分层喷射的意思。

 大众的TSI发动机连续三年荣获“年度发动机”国际大奖，这两款发动机都采用了两大尖端科技：燃油缸内直喷技术和涡轮增压技术。燃油缸内直喷技术是指燃油直接喷入燃烧室与空气混合燃烧，优化了进气混合效率，使燃烧更加充分，燃烧效率更高，从而使发动机动力更强，动力响应更快，而油耗和排放却更低。与将燃油喷射至进气歧管的传统发动机相比，其动力性得到很大的提升，而同时油耗却显著降低。
涡轮增压技术是指采用水冷式涡轮增压器，使进气气流的分布状态有助于降低能量损耗，保证了汽油和空气均匀混合，在宽广的发动机转速范围内都具有充沛的动力。低速强扭的特性将直接带来启动迅捷、加速稳定、提速快、易操控等诸多优点。
此外，这两款发动机上还采用了可调进气涡流、可控废气循环、双平衡轴、双质量飞轮、摇臂式挺杆、凸轮轴驱动静音链条等技术，配合发动机控制系统和E-Gas电子油门技术，这两款TSI发动机无论是技术水准、动力性、燃油经济性和排放水平都堪称国内同排量级别发动机的翘楚。
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2010-7-30 13:53