Turbo詳解
一.前言:(為什么工程師想用turbo呢?)
嗯,在講渦輪引擎之前,如果,大伙還不清楚引擎的運(yùn)轉(zhuǎn)方式,可以簡單地回顧一下四行程引擎運(yùn)轉(zhuǎn)原理^_^,我想你會發(fā)現(xiàn)凡是Otto-cycle的運(yùn)轉(zhuǎn)都一定脫不了那四種運(yùn)轉(zhuǎn)方式,而要如何作出更高效率或更高性能的引擎設(shè)計(jì)呢?
除了物理學(xué)上必然的先天限制外(熱力學(xué)第二定律)-人類不可能作出比Canot-cycle更高效率的機(jī)械設(shè)計(jì),那如何在四沖程引擎設(shè)計(jì)上得到更高性能的輸出呢?很不幸的,以物理的眼光來看,只有"再浪費(fèi)更多與更多的能量"了
關(guān)于渦輪(TURBO CHARGER)…利用引擎所排出的廢氣能量,來推動渦輪的葉片,同時也帶動同軸上的壓縮機(jī)(COMPRESSOR)運(yùn)轉(zhuǎn),這就是渦輪的功能。是一種壓縮空氣之后,將壓縮氣體強(qiáng)制地送入引擎,藉以提高馬力輸出的裝置。渦輪所送入的空氣量(壓力)稱為過給壓(BOOST壓),我們可以利用排氣瓦斯送入渦輪的容量來調(diào)整過給壓。至于該如何調(diào)節(jié)渦輪中排氣瓦斯的容量呢?在引擎和渦輪之間有所謂的旁通閥(BYPASS VALVE),可以配合渦輪的需求,控制調(diào)節(jié)排氣瓦斯的容量。旁通閥(★1)會因應(yīng)壓縮機(jī)的壓力變化而作動,過給壓越大,送入引擎的空氣量就會增加。但是我們也必須考慮到引擎強(qiáng)度及異常燃燒(爆震)等問題,所以過給壓的設(shè)限是必要的。由于駕駛?cè)瞬煌、用途不同、排氣瓦斯?guī)定不同等問題,所以一般原廠車輛的過給壓不會設(shè)定到極限。
1:旁通閥分成一般性排壓閥和大改裝中常見的排氣洩壓閥(WASTEGATE)。
何謂提昇過給壓(BOOST UP)… 使經(jīng)由渦輪強(qiáng)制送入引擎中的空氣量能夠更進(jìn)一步地增加,藉此提昇爆發(fā)力,加大馬力輸出,就是所謂的提昇過給壓。
具體的方法有兩種:
一般來說,要提昇過給壓的方法上述兩種,然而較常被使用的方法是第二種,通?梢岳肰VC(機(jī)械式過給壓控制器)或EVC(電子式過給壓控制器)來控制壓力。利用這種方法增壓比較容易,不過在進(jìn)行渦輪增壓改裝的同時,一定要注意到爆震、燃料改裝、過給壓斷壓等問題,才不至于導(dǎo)致引擎破損,也能夠提昇車輛的效率性能。
渦輪的改裝
在提昇了過給壓之后,接下來可能就要更換渦輪。原廠渦輪的設(shè)定,通常有所限制,無法滿足過給壓提昇之后的高風(fēng)量。簡單地來說,較小的渦輪(原廠)和較大的渦輪(SPIDER)相較之下,同樣的引擎、同樣的過給壓,應(yīng)該會有相同的馬力才對,但是事實(shí)上,較大的渦輪會出現(xiàn)較大的馬力。這代表渦輪本身的效率是不同的。不同尺寸的渦輪會影響過給壓(空氣流量)的效率。效率較差的過給壓,會造成渦輪內(nèi)的空氣溫度上升
(2)、空氣密度下降
(3),造成相同的過給壓(壓力)卻產(chǎn)生較少空氣量的結(jié)果。
2:空氣被壓縮時溫度會上升(效率好的渦輪可以將上升的溫度抑制到最低的情形。)
3:何謂空氣密度?舉例來說,由于空氣具熱漲冷縮的特性,所以氣球在熱帶和寒帶的大小并不相同,這是因?yàn)榭諝怏w積變化所造成的結(jié)果。反過來說,若是體積相同,則位于寒帶的氣球必定含有較多的空氣量。體積與空氣量之間的比例,就是所謂的空氣密度。
中間冷卻器(INTERCOOLER)
中間冷卻器是將渦輪壓縮后的熱空氣加以冷卻,使空氣密度增加,是一種冷卻裝置。
中間冷卻器和提昇過給壓、更換渦輪相同,都是改裝的重點(diǎn)。一般常見的改裝方式,是追加或更換大型的中間冷卻器(效率較好)?諝饬鹘(jīng)效率高的中間冷卻器時,抗阻(壓損)較低,降低(冷卻)溫度的效果也較顯著。雖然減少抗阻和降低溫度是兩個對立的條件,要同時提昇這兩種功能是非常困難的事情,然而這正是我們所積極追求的目標(biāo)
關(guān)于燃調(diào)(INJECTION)…
燃調(diào)(燃料調(diào)整)指的是在引擎吸入的空氣中,加入燃料噴射后,所形成的混合氣。調(diào)整噴射量的多寡就是燃調(diào)根據(jù)理論空燃比,要使燃料完全燃燒,空氣對燃料的比例是15:1。但是實(shí)際上,引擎的空燃比會因燃料的霧化(空氣與燃料混合的情形),及燃料冷卻(燃料造成引擎冷卻)等影響,造成實(shí)際設(shè)定值比理論濃。確認(rèn)空燃比的方法,可利用A/F計(jì)(1)來進(jìn)行。至于原廠電腦,則是藉由O2感應(yīng)器來進(jìn)行調(diào)整?杖急仁且酪鏍顩r來分配燃料,一般車輛的電腦,會以吸入的空氣流量(AIR FLOW信號4)為基準(zhǔn),來計(jì)算噴油嘴(INJECTOR5)的燃料噴射量,設(shè)定空燃比(一般而言會設(shè)定得較濃)。原廠電腦的設(shè)定所根據(jù)的是原廠規(guī)格,所以車輛改裝后,一定要依照改裝配備,重新設(shè)定燃料噴射量,才能夠提昇車輛性能。
實(shí)際改裝燃料系統(tǒng),必須累積長年的經(jīng)驗(yàn),同時利用A/F計(jì)和數(shù)值記錄器(2)來等設(shè)備來進(jìn)行。所用的E-manage電腦,是調(diào)整燃料時的補(bǔ)正裝置,可將原廠噴油嘴信號當(dāng)作基準(zhǔn),調(diào)整燃料的設(shè)定。此外,也可變更空氣流量信號,使電腦所讀取到的實(shí)際空氣量與原廠設(shè)定不同,進(jìn)而改變空燃比。此外,還有其它外置電腦配備,提供車主更多的選擇。
(1) 所謂A/F(AIR/FUEL)計(jì)…就是空燃比數(shù)字顯示裝置。
(2) 所謂數(shù)值紀(jì)錄器就是…可記憶車輛行駛中的引擎回轉(zhuǎn)數(shù)、過給壓、空燃比等各種數(shù)值的紀(jì)錄器。
4:空氣流量計(jì)可計(jì)算進(jìn)入引擎內(nèi)的空氣流量,可將壓力換算成空氣流量。
5:噴油嘴可控制燃料,在空氣流經(jīng)的時候(通電時間)進(jìn)行噴射。電流經(jīng)過的時間是由電腦信號控制,也可以稱為噴油嘴信號。
關(guān)于燃調(diào)(INJECTION)…
點(diǎn)火系統(tǒng)
點(diǎn)火系統(tǒng)當(dāng)中,最重要的工作就是要確實(shí)將火花點(diǎn)著,所以改裝時的重點(diǎn)就在于更換火星塞(★6)。除此之外,還有點(diǎn)火時機(jī)也很重要,基本上是由電腦所控制的。所謂的點(diǎn)火時機(jī)就是點(diǎn)燃壓縮混合氣的時間點(diǎn),會受到許多條件影響而有所變化。一般來說,點(diǎn)火時機(jī)太早容易造成爆震;但是如果點(diǎn)火時機(jī)太遲,雖然不會產(chǎn)生爆震,卻會導(dǎo)致馬力輸出與引擎反應(yīng)惡化。當(dāng)然這些都有可用E-manage來進(jìn)行細(xì)部的改裝。
6:火星塞有所謂的熱價(jià)。一般來說,號碼小的火星塞熱價(jià)較低,號碼大的火星塞熱價(jià)較高。低熱價(jià)火星塞在低溫時較容易點(diǎn)火,但是一旦遇到高溫的情況,由于火星塞本體的溫度上升,因此會造成異常的爆震。反過來說,高熱價(jià)的火星塞在高溫時的點(diǎn)火性較佳,但是卻容易在低溫的時候造成熄火的情形。提昇過給壓的同時引擎的爆發(fā)力會增加,引擎室的溫度也會隨之上升,容易造成爆震,導(dǎo)致引擎破損,因此一定要提高火星塞的熱價(jià)。HKS或NGK所開發(fā)的火星塞,不僅提供高熱價(jià),而且也不必犧牲低溫時的點(diǎn)火特性。
壓縮的調(diào)整
引擎的壓縮越強(qiáng)時,爆發(fā)力就越大,也更容易提高馬力,但是反過來說,也很容易引起爆震。由于渦輪車容易引起爆震,所以壓縮的設(shè)定值都會偏低。如果想要調(diào)整壓縮比,可以從改裝汽缸床墊片(HEAD GASKET)著手。
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