涡轮增压器如何降低达到最大扭矩的转速?(不建议改装升级)Trubo-涡轮增压发动机有两个特殊的转速概念,分别为:
介入转速最大转速这里所谓的转速指的是发动机的转速,而最大转速的概念是「能让增压器达到最高转速的发动机转速」;这个概念也许不太好理解,咱们就以一台比较有代表性的增压机为参考吧。下面这台发动机是已经停产的LTG高功率版本,动力储备为191kw/400N·m(3000~4000rpm),参考下图。
最大扭矩出现在3000转,并能持续输出到4000转,这是不是有些过于“迟滞”了呢?毕竟很多发动机都能够在1500-4000rpm区间维持最大扭矩,LTG晚了1500转才达到峰值,好像在日常代步中用不了增压器了吧。
其实并不是这样,这里涉及到“介入转速”的概念;废气涡轮增压器的动力来自内燃机运行中产生的高压尾气,内燃机转速越高排气气流的流速越高且压力越大。增压器中的涡轮转速不可能从零瞬间达到每分钟数万到十余万转,涡轮转速的升高需要一个过程,升高的过程正是尾气压力的升高过程——也就是说初段低转速时的压力并不会不能让涡轮转动,只是转速比较低而已,LTG的涡轮实际在发动机一千转多一点就能被驱动运转,在1000-3000rpm区间内,是涡轮转速的线性提升的过程,下面就要了解涡轮转速的波动会带来哪些变化了。
增压器的涡轮是干什么用的呢?
增压器的本质是「压气机」(空气压缩机),是通过高速旋转的涡轮提高吸入空气的能力,同时提升压缩空气的强度;空气被压缩的程度越大,则压缩后的空气中的氧分子数量就会越多。燃油的燃烧是氧化反应,等量的燃油与低氧浓度空气反应的速度会比较慢、反之则会比较快;反应速度越快则等量燃油转化出的热能越多,也就是动力就会越强。
然而自然吸气技术吸入的空气压力是恒定的,氧浓度是不变化的;而涡轮增压器通过压缩空气可以提高空气氧浓度,所以消耗同样的燃油也能够转化出更强的动力——决定动力强弱的基础是涡轮的转速,涡轮转速在发动机转速越低的时候达到高标准,做功的动力就会越强;那么为什么总还有些发动机会让最大扭矩来得很晚,让动力“刻意变差”呢?原因在于排量与动力基数的关系。
仍然以LTG为例,这台发动机的最大扭矩为400N·m,如果用低惯量的增压器实现1500转就达到最大扭矩会怎样?答案是起步加速瞬间就会有很强的爆发力,因为(扭矩×转速÷9549×1.36=马力),扭矩过大则马力会很强。
这样的设定会让动力反馈非常直接,但也会有些难以驾驭;说白了就是动力太强会不好开,新手司机驾驶很容易出现问题。反之在3000转才达到最大扭矩,此时司机主观的将转速拉高本就是想要获得充沛的动力,那么即使动力很强也不会觉得突兀了,所以这样的设计更像是安全设计或平顺驾驶的设计;在1000-3000转区间,以偏低的涡轮转速实现偏低的压气标准,氧浓度虽然低一些(扭矩没有达到400N·m),但是扭矩基数仍旧远超2.0L,动力仍旧处于高标准的范围内,是不是挺不错的设计呢?
低转速大扭矩适合哪些车呢?
家用代步汽车一般只有小排量发动机的增压器会很“高效”,也就是能在1250-1750转区间让涡轮达到最高转速,并且持续到4000转左右。但这样的设计主要适用于扭矩250-350rpm区间的1.5T-2.0T发动机,也就是动力略差一些的发动机;扭矩小则相同转速马力小,想要在起步阶段有理想的动力感受,正确的做法就是低转速即可达到大扭矩。
其次则是一些主攻高性能的车型也有这样的设计,即便扭矩达到400-800N·m也不例外;但是这样的车会箱单难以驾驭,重点是还会缩短发动机的使用寿命。
有些车辆会通过增加电涡轮增压器或者机械涡轮增压增压器,亦或者将原车低效率的增压器换成低惯量增压器,说白了就是涡轮转动阻力小、发动机低转速产生尾气气流即可使其达到最高转速的增压器来降低达到最大扭矩的发动机转速,这样的升级会严重降低发动机的使用寿命。
因为过大的扭矩会产生更高的压力和温度,如果原车设计是在3000-4000rpm之间达到最大扭矩,通过更换配件降低到1500-4000rpm区间;那么1500-3000转的压力与温度都会超过设定标准,这会造成冷却系统运行压力的提升,发动机温度偏高会降低机油的润滑性能,发动机的磨损必然会加大。高温会加速密封件的老化,其中气门油封的老化速度会很快,烧机油会变得相当严重。
综上所述,涡轮增压器是不宜随意调整的,原车设定在多少转达到最高转速就应该在这个范围内,否则异常的压力与温度必然会造成机体材料的损坏;至于自然吸气发动机改装机械增压器也是不可行的,原因也是扭矩提升之后会造成发动机的严重老化甚至损坏;同时变速器也有可承受最大输入扭矩的限值,升高扭矩则有可能让扭矩超过限值,变速器也会快速的损坏。
所以汽车的动力改装始终都被禁止,发动机的升级是牵一发而动全身,机械不是那么简单的哦。
编辑:天和Auto-汽车科学岛
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壹车热评,100%原创,谢绝搬运!涡轮增压器目前已经是广为人知的发动机附属配件之一,使用最为普遍的就是废气涡轮增压器,它是通过利用发动机排出的废气驱动涡轮叶片转动,在带动空压机正常工作后,为发动机提供更充足的进气量,促使油气混合气体在燃烧室内更加充分的燃烧,从而可以提供比自然吸气发动机高出30-40%的动力输出。
涡轮增压发动机虽然可以提供更好的动力,但它也存在一定的动力迟滞现象,而且由于工作环境会比较恶劣,也会给汽车带来更高的排温和震动,因此这类发动机对材质、油品和机油的要求都比较高,后期的维护保养成本也会相对偏高一些。
我们平时购买的带T汽车,它的发动机输出功率都是汽车厂商事先设定好的,那么我们是否有技术可以降低涡轮增压发动机的最大扭矩转速呢?涡轮增压器本质上就是一个空气压缩机的性质,在不断严格的排放标准,以及全球环境整治的大背景下,涡轮增压发动机在低转速下输出更高的功率和扭矩,已经是各大车企的一个发展方向。特别是很多车企都开始采用低惯量的涡轮增压器,在较低转速时就提前获取最大的空气进气量,再配合高压油泵的喷油技术,比如缸内直喷等,以此达到在低转速时就压榨出发动机最大输出动力的目的。
那么我们除了用低惯量涡轮来让发动机在低转速情况下,提前达到较大动力输出以外,还有其他方式可以降低峰值扭矩输出时的转速吗?
发动机能获取多大动力的关键因素,是看它在单位时间内能获取多大的燃烧能量,换句话说就是看它能在单位时间能让多少燃料进行何种程度的燃烧。如果想降低最大扭矩输出是的转速,除了利用低惯量涡轮增压器的结构特点以外,我们也可以改变节气门的提前角、进气升程、开口角度,改变进气歧管的构造,例如长度、表面平滑度、材质等方式来提高发动机的进气效率。
涡轮增压器在发动机启动的时候,它就开始运转,只是前期的转速可能无法完全带动压缩机正常工作,在达到一定转速压缩机开始工作后,它会比自然吸气额外提供更多的进气量。但发动机在运转时,达到最佳空燃比时可接受的进气压强毕竟是有限的。
而且我们行驶过程中突然收油时,节气门会关闭,但被涡轮增压器所带来的高压气流却会被节气门位置,此时如果不泄压,那这部分高压气流对节气门或进气管道的损害是比较大的。因此我们就需要对涡轮增压器的进气进行一定的控制,最简单的方式就是安装泄压阀。
所以我们可以用增大进气效率配合相应喷油量的技术,来快速提高发动机的输出功率,但为了让发动机不会因低转速高扭矩的输出方式而伤害,我们就可以控制泄压阀的泄压值,让其在达到一个低转速点时就让扭矩输出处于一个较为平稳的平台范围,这也就是我们所说的峰值扭矩转速区间。
前面说了发动机的进气调整,那么我们再来说说影响发动机动力输出的另外一个因素,能量转换效率。
油气混合物在燃烧室内燃烧时,除了会为发动机提供燃烧能量以外,它也存在着一定的能量损耗,那么如何降低这部分燃烧能量的损耗,也在一定程度上让发动机保持在较小喷油量和进气量的状态下,就获得足够的燃烧能量,这也可以降低涡轮增压发动机在最大扭矩输出时的转速数值。
那么在这方面所涉及到的技术就非常多了,比如近几年非常流行的缸内直喷技术;大众的分层燃烧技术;改变火花塞的点火提前角;改变排气泄压阀的泄压值;顶置凸轮轴加多气门技术;非连续可变和连续可变进气管长度技术;可变正时气门控制技术;均值燃烧技术;可变排量机油泵技术等等。这些技术在这里就不做详细讲解了,否则这需要开好几堂课才可以解释清楚。
当然,影响涡轮增压发动机工作效率的因素,除了发动机本身的结构和技术以外,一些附加装置也会对其工作状态带来影响,比如散热。发动机的散热速度过快,燃烧室内的空气温度就会很快降低,压强也会随之减小,这就需要发动机用更多的进气量和喷油量来维持自身的最佳工作温度,这也会导致发动机的燃烧效率被降低。
综上所述,以我们现在的汽车技术,完全是可以实现最大扭矩在低转速时输出,同时这也给很多爱好改装的车主提供了比较大的改装空间。但需要注意的是,虽然一些车型允许我们对它的性能进行提升,但改装并不是简单的换一个原厂配件这么简单,对于某些部件的改装都是牵一发而动全身的。