增壓發(fā)動機在低速運行時,渦輪轉(zhuǎn)動嗎?為什么會有渦輪遲滯現(xiàn)象?
現(xiàn)在的渦輪增壓發(fā)動機應(yīng)用的越來越廣泛了,大家在買車時增壓發(fā)動機也是一個躲不過去的選擇。很多人感到奇怪的是:平時見汽車排氣管的排氣速度并不算很猛,力量也不算很大,為何卻可以利用廢氣推動渦輪增壓呢?下面我們來分析一下這個問題。
我們平時見到的汽車排氣管排出的氣體,是經(jīng)過汽車排氣消音系統(tǒng)降速、降溫、降噪后的產(chǎn)物,所以看起來速度不快,力度也不大。但事實上,從發(fā)動機排氣門剛剛排出的氣體,不論壓力還是溫度,都是非常高的。一般壓力可達(dá)0.4~0.6MPa,氣體溫度大約700~1000°C,并且隨著轉(zhuǎn)速的升高,溫度和壓力還會繼續(xù)上升。
這樣高的氣體壓力作用在渦輪增壓器的渦輪上,當(dāng)然可以推動渦輪高速運轉(zhuǎn)了,然后渦輪帶動與它同軸的壓氣機葉輪同步旋轉(zhuǎn),就可以將空氣增壓,讓更多的空氣進(jìn)入氣缸,然后再相應(yīng)的多噴射燃油,發(fā)動機的功率和扭矩就增加了,這就是渦輪增壓器的工作原理。
發(fā)動機只要啟動,就會有高溫高壓的廢氣排出,就會推動渦輪轉(zhuǎn)動。只不過在怠速和低速時,排氣壓力比較低,推動渦輪的力度比較小,所以渦輪的轉(zhuǎn)速比較低,帶動同軸的壓氣機轉(zhuǎn)速也比較低,不能給空氣增壓,此時發(fā)動機的進(jìn)氣仍然是靠真空吸力;隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高,排氣壓力越來越大,推動渦輪轉(zhuǎn)動的力度也越來越大,渦輪的轉(zhuǎn)速就會迅速提高,帶動同軸轉(zhuǎn)動的壓氣機轉(zhuǎn)速也迅速提高,增加了進(jìn)入發(fā)動機的空氣的壓力,即給空氣增壓;當(dāng)這個壓力增加到一定程度的時候,發(fā)動機的噴油量也隨之增加,發(fā)動機的扭矩就會迅速增大,并達(dá)到最高峰。這個過程就是所謂的“渦輪遲滯”。渦輪遲滯實質(zhì)是發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)建立正壓力的過程,這個時間的長短與增壓器的設(shè)計有關(guān),一般渦輪設(shè)計的越小,渦輪遲滯的時間越短,渦輪遲滯現(xiàn)象也越不明顯。
隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高,排氣壓力越來愈大,渦輪的轉(zhuǎn)速越來越快,增壓的壓力也越來越大。但是發(fā)動機也是有承受極限的,壓力不能無限的增大,因此需要有增壓壓力調(diào)節(jié)裝置,當(dāng)增壓壓力過大時,將部分排氣通過旁通通道排出,不再經(jīng)過渦輪,這樣就降低了推動渦輪的壓力,使渦輪轉(zhuǎn)速降低。
這種調(diào)節(jié)裝置分為兩種,一種是機械式的,利用進(jìn)氣管中的真空度來控制旁通閥的開啟與關(guān)閉;另一種是電子式的,由電控單元控制的電磁閥操縱旁通通道的開啟和關(guān)閉,并可以精確的調(diào)節(jié)開啟的角度和時間,控制更加精準(zhǔn)。一般卡車上使用的大型柴油機都使用機械式的增壓調(diào)節(jié),而乘用車上都使用電子式的增壓調(diào)節(jié)。但是排氣旁通之后,排氣能量的利用率下降,所以在高速大負(fù)荷時發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性會變差,發(fā)動機的熱效率也會降低。
綜上所述,渦輪增壓器是利用發(fā)動機的排氣壓力來工作的,只要發(fā)動機啟動渦輪就會轉(zhuǎn)動,但是建立正壓力卻需要一個過程,因此會有渦輪遲滯現(xiàn)象。并且增壓壓力不能無限制的增加,必須有增壓壓力調(diào)節(jié)裝置來限制壓力的增加,以防止過增壓導(dǎo)致發(fā)動機超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。
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