代数式开绿灯 发表于 2017-12-3 05:00:32

涡轮增压和机械增压都是目前活塞式发动机采取的常见增压方式,主要的区别就是增压...

涡轮增压和机械增压都是目前活塞式发动机采取的常见增压方式,主要的区别就是增压器的驱动方式。

涡轮增压:
   涡轮增压器可以简化为“涡轮+轴+增压转子”。这三者可以看为是固连一体的,其中涡轮与排气管相连,发动机进入排气冲程后,活塞上行,排气门打开,排出燃烧后的废气,此时废气的内能和机械能依然很大(不可小觑)。废气从气缸排出以后流经涡轮,驱动涡轮旋转,此时涡轮旋转带动轴旋转,轴另一端的增压转子(主要为离心式增压转子)也同时在转动(因为是刚性固连)。这个增压转子将进气口进来的空气,吸入然后离心甩出,将其增压并且泵入进气歧管,增加进气歧管空气(后者油气混合物)的压力,压入气缸。此时气缸内部的压力将会比同等转速,同样型号/排量发动机的更大,压力增大了,油气混合物也更多了,因此燃烧的更为剧烈,做功更多。
      简而言之就是涡轮将排出废气的能量转化为轴功率传递给离心转子,离心转子再对空气做功,压入气缸。
(典型的涡轮增压发动机EA211,图片为本人拍摄,中间黑色管便是涡轮进气管道,发动机后部便是增压器)

    也就是说,只要转子在转,就能进行增压,但是通常不是这样,只有排气达到一定的压力值,控制阀门才会打开,才会让废气来驱动涡轮。对于家用车这个转速一般为2000rpm,因为低于这个转速,发动机扭矩并不大,反而阻碍了排气顺畅排出,降低稳定性(欢迎补充)。
发动机在低于涡轮介入排气压力的转速下工作,其就相当于一台同排量的自然吸气发动机,也就是1.4t的发动机以1.4自然吸气方式工作,只有一脚油门踩下去,超过那个转速,增压才会介入,功率随着油门踏板给定输出的更多。
    这两种工况,也是涡轮增压发动机经济性更好的原因之一,因为在低速时可以以小排量自吸的方式开,本身就省油。另外一个原因,就是增压一定程度上提高燃烧效率,不过这个原因占的比重较小。但是仅仅是在部分设计点这种发动机是相对省油的。不可能说又要大功率又不给油,进气增压一定程度上就是为了更剧烈的燃烧,油和气都是必须的。
    下图中红色部分与排气系统相连,蓝色部分是和进气连接。(此图来自于互联网)

机械增压:
    机械增压也是转子或者蝶式增压器通过压气的方式对空气进行增压,泵入进气歧管,但是增压器旋转的动力来自于发动机的轴功率。发动机会有一根输出轴(通常就是曲轴的输出轴)通过一些传动机构减速将轴功率传递给这个转子,转子通过旋转对空气增压。
(此图来自于互联网)


    只要发动机在运转,曲轴就会输出轴功率,轴功率就会驱动转子增压。因此,这种增压是在发动机的所有工作转速区间内都会进行的,所以不管是怠速还是高速,喷的油都是较没有增压的同型号发动机要多的。
为什么要增压:

[*]1.减轻重量,但是增压器的重量也是相当可观的,需要权衡。
[*]2.适应环保政策。
[*]3.压榨发动机功率。
[*]4.控制燃油喷射提高燃烧效率。
[*]5.(欢迎补充)
    总而言之,若踩油门习惯得当,涡轮增压经济性会更好,但是发动机功率曲线并不是线性的。而机械增压发动机功率曲线较为线性。什么意思呢,就是随着你踩油门越踩越深,涡轮增压车可能在你踩到某一程度的时候会突然爆发,而机械增压则不会,因为它的爆发从你打着火就开始了。如果你生活在高原,机械增压的车会更加适合你一些。
    除了汽车发动机,航空发动机,航空模型发动机也都大量的用到机械增压技术,活塞式航空发动机为了在空气密度较低的高空飞行,都会使用增压技术,这样可以提高发动机的高空性能。
航模发动机(我擅长的)也大量使用这种机械进气增压技术,以适应比赛规则,且可以大大减轻重量。
(此图为本人拍摄)

(此图为本人拍摄)

(此图为本人拍摄)

    下图便是一种机械增压的四行程航空模型发动机,在不到500g的重量里,这台发动机实现燃油进气歧管末端直喷,机械增压,压力供油三大技术,大大的使其工作输出功率增加,达到同等排量四行程航模发动机两倍。
(此图为本人拍摄)

    这种发动机增压方式与一般的轴驱动增压有所区别,这种发动机会利用活塞与曲轴箱形成的空间变化,对进气进行增压。由于活塞下行,机匣(也就是曲轴箱)空气被压缩,空气被压入一个旋转配气机构,分配这部分高压气体分别进入进气歧管和燃料箱,进入进气歧管毫无疑问就是增压的那部分气体,进入燃料箱的气体则会使得燃料箱上方的空气压力增大,将燃油压出,喷射进入发动机的燃料控制泵,这个泵会随着发动机的转速控制进入发动机的燃料的流量(因为这个泵本身就是由发动机的气门顶杆驱动的)。这种发动机十分精悍,同样也是十分复杂,工艺,装配要求极高,还有鬼才一般的设计思路。
(此图来源于官网)




    除了这种方式,四冲程航模发动机还有的采用一种名为“罗茨”的增压技术,如下图(来自5irc),内部增压装置的图片我找不到了。

    内部的增压装置是通过两个像鼓槌一样的结构,由发动机曲轴带动,形成变化的容积对空气进行增压,对于航模发动机来说但这种增压气较为笨重,远不如上文介绍的增压方式巧妙。
欢迎交流,拒绝无法好好说话的人。

作者:刘静江
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代数式开绿灯 发表于 2018-9-1 07:59:29

hebzxm 发表于 2018-7-1 23:21 static/image/common/back.gif
牛!拜读了

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hebzxm 发表于 2018-7-1 23:21:05

牛!拜读了

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