高溫是渦輪增壓器的殺手
渦輪增壓器結構簡單、不消耗發(fā)動機自身的功率、增壓值高,這些因素導致渦輪增壓具備強大的優(yōu)勢。不過渦輪增壓的原理使其具備一個大的隱患:高溫。也正是這個隱患導致渦輪增壓遲遲沒有進入民用領域。
熱量的來源有幾個方面。第一是廢氣溫度、前面我們講過,汽油發(fā)動機的排氣溫度在全負荷工作時能夠達到750-900度,在一般工作狀態(tài)下也有將近700度。這些廢氣在推動渦輪旋轉的過程中自身會降溫,這個溫度跑去哪呢?就是被渦輪葉片所吸收了。
其次,連接渦輪和葉輪的轉軸以十多萬轉的轉速高速旋轉,轉軸和軸承之間的摩擦就會產生大量的熱量。進氣葉輪不斷地吸入空氣,壓縮空氣,自身的溫度也會升高。這些因素加起來,使整個渦輪增壓器處于“熱火”之中。
高溫導致的渦輪失效主要在于渦輪葉片變形燒蝕、轉軸拉傷失效。多年來工程師為了對付這個問題想出了各種方法,概括來說無非就是兩種:使用更耐熱的材料和采用更有效的降溫方法。
渦輪增壓真的有“遲滯”嗎
“渦輪遲滯”曾經是用戶詬病的缺點。所謂的遲滯是我們踩下油門踏板那一刻,到發(fā)動機輸出相應功率所需要的時間。實際上所有的發(fā)動機都會存在這個遲滯,只是多少而已。因為如果您仔細感覺的話,都可以感覺出來。我們在踩下油門踏板的瞬間,發(fā)動機需要吸入更多的空氣、調整噴油量,這些都需要時間。
因為早期的渦輪增壓發(fā)動機在“遲滯”方面表現突出,因為被廣為認知。那么渦輪增壓器執(zhí)行器價格的遲滯是從哪里來的呢?一是渦輪轉動的慣性、要將其加速需要時間;二是轉軸和軸承之間的摩擦;因為葉輪攪動空氣所形成的阻力了。在這三個因素里,葉輪攪動空氣所產生的阻力是主要的。正是因為整個渦輪轉子的轉速提升需要時間,葉輪越大,增壓值越大,所需要的加速時間就越長,形成的“遲滯”就越明顯。
改善渦輪遲滯的方法有很多,一方面可以借助直噴技術,間接提升低速時的扭矩特性,從而使發(fā)動機轉速快速上升,增加廢氣能量推動渦輪,減少渦輪遲滯。另一方面,可以通過減少增壓值,減少整個渦輪轉子的尺寸和重量,一方面可以減少慣性和摩擦,更為重要的是減少了葉輪阻力。
早期的渦輪增壓發(fā)動機由于沒有直噴的幫助,加上為了追求性能而采用高增壓大渦輪,遲滯現象相當明顯。現在的渦輪增壓發(fā)動機普遍采用直噴技術,另外采用低增壓技術,渦輪遲滯現象已經得到很大改善,在日常普通駕駛幾乎難以察覺,唯有在急加速時方能有所察覺,但這種遲滯現象和自然吸氣發(fā)動機在加速時的動力提升緩慢又有多大區(qū)別呢?(除非你開大排量自然吸氣)目前的低增壓直噴渦輪發(fā)動機的“遲滯”現象根本不能和早期的高增壓發(fā)動機相比,只不過由于遲滯的說法已經存在多年,先入為主而已。