渦輪增壓器如何冷卻
渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增大,廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增加,葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量和調整發動機的轉速,就可以增加發動機的輸出功率了。
增壓發動機,特別是渦輪增壓發動機,由于燃燒溫度高、渦輪工作環境惡劣,這對發動機的冷卻系統提出了更高的要求。
渦輪增壓發動機的冷卻系統。冷卻系統的作用是為了保持發動機處于最佳的工作溫度,有點類似于人類的體溫調節功能,回想一下你體溫升高3度是什么感覺就知道溫度調節有多么重要了。冷卻系統不僅僅是我們現在燒油的發動機需要,以后的電動車同樣需要冷卻系統來調節電池組的溫度。
增壓發動機和普通發動機對冷卻系統的需求當然是不一樣的,一則是因為工作溫度高了,二是因為渦輪存在獨立的散熱問題。
關于缸體和缸蓋內的冷卻水道
說到缸體(為了簡化語言,缸體和缸蓋暫時統稱缸體),不得不為大家引入一個概念。或許我們都覺得雙VVT、渦輪增壓、可變長度進氣管等“高科技”最重要,但一款發動機好與壞,其實在缸體設計的時候就已經決定了。打個比方,現在冬天來了,缸體設計得好的發動機就好比身體好的人,穿少量衣服就能御寒;而缸體設計差的發動機就是先天身體素質差的人,需要多穿衣服來彌補,這些“衣服”就好比我們剛才所說的各種復雜的外加機器,例如雙VVT、渦輪增壓、可變長度進氣管等。
缸體的設計極其復雜,屬于發動機最基礎的工作,一旦這個工作做得好,發動機將具備優秀的性能和超長的服役周期(一般發動機7-8年就要換代,否則沒有競爭力,但優秀的發動機能使用10年以上)。
好的缸體設計具備非常低的摩擦消耗,冷卻均勻,這比什么都管用。例如日系廠家的發動機在減少摩擦消耗這個環節上做得極為出色,可以用極致來形容,因此他們的發動機非常省油,這點我們不能不承認。此外,冷卻均勻的缸體讓氣缸壁沒有溫度特別高的地方,我們稱為“熱點”,沒有熱點的缸體就不容易引起爆震,就可以采用更大的壓縮比。獲得更高的效率。
由于發動機的缸體內部具有很復雜的水道,冷卻水在里面流動起到冷卻發動機的作用。這些水道如何設計才能達到最大的效率又不影響整體強度,就是冷卻系統所要做的事情。由于增壓發動機的燃燒特性有所不同,可能導致的熱量分布也有所不同,因此一款渦輪增壓發動機就很有必要在缸體的冷卻系統上加以改進,只不過是我們看不到罷了,不過雖然我們看不到,但這些東西還是要算進發動機成本的。
渦輪增壓器的冷卻系統進化回頂部
渦輪的冷卻
渦輪的冷卻一度是渦輪機器被用戶詬病的大問題之一,好比渦輪遲滯。以前的渦輪增壓發動機在劇烈駕駛后不能馬上熄火,還需要怠速一段時間讓機油為渦輪降溫才可以,但現在已經沒有這個問題了,這也算是一種進化吧。
首先看看渦輪在正常的時候是如何冷卻的。在發動機運轉的時候,機油泵除了潤滑其他零部件外,還會通過油道潤滑渦輪增壓器的轉軸。還記得我們提到過的渦輪增壓器最大的敵人就是高溫嗎?它的熱量來自于三方面,但最終只能靠轉軸上的軸承來降溫。
在一般的工作狀態下,油泵通過發動機的轉動而獲得動力,源源不斷地為渦輪軸承輸送低溫潤滑油,帶走渦輪的熱量。但如果一旦發動機停止轉動后,機油泵就無法工作,渦輪增壓器就會被殘留的高溫烘烤。這時候增壓器轉子仍在慣性作用下高速旋轉,這樣就會因為增壓器轉軸與軸承間瞬間產生的高溫而損壞軸承和軸。此外,停留在增壓器內部不流動的機油會被烘烤成積炭。阻塞進油口,導致軸套缺油,加速渦輪轉軸與軸套之間的磨損。所以以前的渦輪增壓發動機只能采用笨辦法,停車后繼續怠速運轉幾分鐘,直到渦輪降溫。
現在的渦輪增壓發動機往往會增加一套獨立的冷卻系統來解決這個問題。以我們熟悉的大眾1.4T發動機為例,它增加了一個由電腦控制的電動水泵,水泵在一些特定的時候會開啟,例如停車熄火后渦輪依然高溫的情況,最長可以獨立運轉6分鐘。
總結
其實目前已經有不少用戶在使用渦輪增壓的汽車,只要隨便問問身邊的人,都知道他們的車跟普通車用起來沒什么兩樣。不過要注意的是,一般城市使用的情況下,車輛從正常行駛到停車往往能有一段低轉速運轉的時間,而如果在高速公路上的汽車進入服務區的話,是不適宜立即關閉發動機的,畢竟渦輪一直處于高溫狀態。還有一種情況是,電動水泵的運轉是通過電瓶帶動的,如果您的電瓶已經用了很長時間,或許會出現容量不足而導致的一些衍生問題,例如系統自動停止熄火后的降溫功能,或者為了降溫而過度耗電而影響下次的啟動。這些問題還有待我們用戶在使用中獲得更多的經驗。
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( 發表人:龔婷 )