一句话解释：涡轮增压。通常只在有动力需求的时候才会介入工作。
经常在网上能看涡轮增压“介入”这个词。实际上用“介入”这个词并不准确。因为涡轮时刻被发动机尾气推动而转动。实际上时时刻刻都在起作用。只不过根据涡轮转速的不同。起的作用和大小不一样。根据转速不同。有个临界值。涡轮增压器有两种工作状态。一种是“涡轮正压”。另一种是“涡轮负压”。
涡轮增压器基本原理和安装位置：
我们先来看一看涡轮增压器安装的位置。下图是单涡轮增压系统的示意图。增压器一般安装在空气滤清器的后面。节气门的前面。
实际上涡轮增压器可以看作是在普通的自然吸气发动机上增加了一套鼓风机。鼓风机的动力来源是发动机尾气推动。只要发动机运转。产生的尾气就会推动涡轮的叶轮转动。叶轮转动带动同轴涡轮。涡轮转动以后就像风扇一样不停的将空气鼓入进气歧管。
很多人都看过下面这张图。而这张图也是很多人受到误导的根源。下面这张图是发动机外特性曲线。需要特别说明的是这个发动机外特性曲线是在节气门全开的状态下测量的。在这个状态下发动机的扭矩曲线也就是下面绿色部分才能达到这个状态。而实际上我们温柔驾驶是日常使用是根本达不到这个扭矩输出的。
涡轮增压通常有两种工作状态：
涡轮负压：随着发动机的运转发动机的活塞开始往复运动。空气源源不断地被吸入汽缸。并通过排气管排出。此时进气歧管会产生负压吸力。由于涡轮的动力来源于发动机尾气推动。当发动机处于低转速时。尾气量太少。涡轮的转速比较低。涡轮产生的压力远远小于进气歧管自吸入的空气量。此时涡轮虽然转动。但是转速不够。进气歧管处于负压状态。只相当于一台自然吸气发动机。涡轮根本不起作用。
涡轮正压：当发动机转速提升以后。发动机尾气推动涡轮高速转动。理论上当涡轮达到一定转速以后。其所产生的压力和进气歧管的压力之间形成一个临界值。从这个临界转速开始。涡轮产生的正向压力超过活塞自然吸气的压力。此时就是所谓的“介入”。当然。上述只是一个理论值。实际上不可能简单地通过只发动机转速来控制涡轮正压。否则发动机的功率输出将难以控制。油耗也会激增。
进气泄压阀。排气泄压阀以及中冷器
进气泄压阀：为了使涡轮增压的正压转速可控。工程师设计了“进气泄压阀”。进气泄压阀的作用就是排出进气歧管的空气。使进气歧管减压。也就是说。尽管涡轮增压器仍然高速转动。其产生的进气正压会通过管道排出到涡轮增压器的前面。这就是内泄式泄压阀。即使涡轮高速转动会产生正压。但是这些压力会被卸掉。当然。也有一些大排量涡轮增压采用的是外泄式泄压阀。通常会把气体排到大气中。此时会发出嗤嗤的声音。
此外。在减速收油时。发动机的进气泄压阀也要开启。这是因为当减速时。节气门处于关闭状态。高压空气必须要及时排出。否则会冲击涡轮叶片。
排气泄压阀：当发动机高速运转时。尾气充足。会推动涡轮高速转动。如果不对排气压力加以控制。就会导致所产生的压力过高。缸内压力过大。导致发动机爆缸。排气通阀打开以后发动机尾气就会绕开我直通。中段涡轮的动力。大家可能对《速度与激情8》中。范迪塞尔拔掉的那根管子很感兴趣。实际上他拔掉的就是排气泄压阀 控制阀门。拔掉管子以后。相当于排气泄压阀完全关闭。于是他那台破烂老爷车。就像吃了伟哥一样。卖力加速。直到爆缸了。。
中冷器：由于涡轮最高可以达到20万转。温度可以达到900℃以上。这么高的温度会导致发动机进气温度升高。使空气密度降低。从而使有效空气量减少。影响进气效率。因此。必须对进气温度进行冷却。也就是利用中冷器为空气降温。
涡轮增压器不可能时刻处于正压状态。
涡轮增压发动机也是电喷发动机。其根本燃烧原理是通过空气流量传感器。进气温度传感器。氧传感器去检测进气量和尾气中氧含量。实现发动机闭环控制。因此。理论上只要发动机进气量增加。油耗也必然增加。因此。为了降低油耗。在非必要的情况下。必须控制进气量。不让进气歧管处于正压状态。也就是说除了发动机刚启动时因为不足导致无法处于正压以外。即使后来发动机转速升高尾气充足。也要控制进气量。减少油耗。
控制逻辑也比较简单。一般会通过节气门开度和车速去控制进气泄压阀实现。当ECU判断当前的动力需求无需增压时。进气泄压阀常开。涡轮后端的高压气体会排到涡轮前端。而当ECU判断当需要增压时。将进气泄压阀关闭。此时涡轮后端的压力增加。进气量增大。也就是说涡轮增压只有ECU判断有动力需求的时候才处于使进气歧管处于正压状态。
对于小排量涡轮增压发动机来说。往往采用小惯量涡轮。这使得涡轮更容易被推动。如果日常温柔行驶。虽然涡轮高速转动但是。ECU检测到动力需求不大。就会使进气泄压阀处于常开状态。而当大脚油门加速时。ECU判断加速需求太大。于是就会控制泄压阀关闭。进气压力迅速增加。巨量空气灌入汽缸。
