当前位置:>> 主页 > 零部件入场 >

增压发动机为什么会有涡轮迟滞?

如今国内市场的家用车,都在积极普及小排量涡轮增压技术。由于它既有充沛的动力又有比较低的油耗,而且享有1.6L以下车型消费税减收政策的红利,因此诸如1.2T、1.4T、1.5T、2.0T等一大票涡轮发动机纷纷涌现,仿佛即将一统发动机江湖。但是涡轮发动机有一个致命的缺点,就是所谓的 “涡轮迟滞”,这也是大家对涡轮发动机诟病最多的地方。那么这个“涡轮迟滞”到底是怎么回事呢?在网上众说纷纭,没有一个统一的说法。今天老侯就来说说自己对“涡轮迟滞”的理解,个人观点,可能会有失偏颇,不足之处,欢迎探讨。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

涡轮增压发动机的基本工作原理

在说明这个问题之前,我们首先来看看涡轮增压发动机的基本工作原理。

涡轮增压的基本原理,其实就相当于在发动机进气的地方,加一个空气压缩机,通过压缩空气来增加发动机的进气量。而推动这个压缩机的,是发动机自身排出的废气。废气通过向废气涡轮的叶片吹气,推动废气涡轮的叶片,从而带动进气叶片,让压缩机把空气“吹”向发动机的气缸,提高进气压力、加快进气速度,进气快了喷油自然更多,功率和扭矩就更大了。

 

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

在这里,有几个问提请注意一下:

1、电控燃油喷射发动机(含缸内直喷)始终将混合气的空燃比控制在标准范围之内,无论进入发动机的空气是多少,都会有相应的喷油量;

2、涡轮增压器将更多的空气压入发动机,必然要有更多的燃油来与它混合,所以涡轮增压发动机只有在怠速及低速时,涡轮增压器不起作用的状态下才会省油,而高速时不会省油;

3、发动机喷油量的多少,与节气门的开度、发动机转速、进气歧管内的压力等因素有关。发动机控制电脑只有在检测到发动机已经进入了大量空气的情况下才会加大喷油量。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

什么是涡轮迟滞?

对于自然进气发动机来说,踩下油门时,节气门的开度与进气量几乎是同步增长的,发动机喷油量也是同步增长的,所以自然进气发动机在踩下油门的瞬间动力就会爆发出来,动力延迟的时间非常短;

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

涡轮增压发动机要靠废气推动涡轮的废气叶片,废气叶片带动进气叶片,让进气叶片把空气“吹”向发动机的气缸,从而产生高于正常大气压力的增压空气。如果在这个时候松开油门,废气供应量减少,涡轮转速减慢,进气管里面的气压下降。然后过一段时间之后再重新踩下油门,是要经历这样一个过程的:涡轮要靠废气的推动,重新恢复一个可以产生增压空气的转速,然后产生高压空气,在高压空气充满进气管道(包括中冷器)之后,这些增压过的空气才开始进入气缸燃烧。从踩下油门,到增压空气参与燃烧,发动机增加喷油量,其实是有一个时间差的。在这个过程中,发动机的动力会在踩下油门之后稍晚一些才会出现,一般这个动力出现的非常突然,会给人一种强烈的推背感和顿挫感。这样就会出现所谓的“涡轮迟滞”。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

我们平时开安装有涡轮增压发动机的手动挡车型的时候,比如发动机在4000转时突然松开油门滑行,转速逐渐降低至2000转,这时再重新踩油门加速,这时候由于之前有一段时间没踩油门,进气压力降低,重新踩油门的话,就需要重新建立高进气压力,就能够感受到这种涡轮迟滞。但是如果我们开的是自动变速箱,自动变速箱降挡所需要的时间,会掩盖掉涡轮迟滞的时间,因而让涡轮迟滞较难察觉。

由于增压发动机要在涡轮达到最大增压值后才能正常工作,所以,发动机由怠速转速升高至出现最大增压值的区间,也可能出现涡轮迟滞现象。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

如何解决涡轮迟滞

涡轮迟滞时间的长短和很多因素有关,譬如说涡轮体积大小、进气管长、中冷器体积等等。因此,现在各个厂商都在努力地用先进的技术和合理的设计,来减小这种迟滞,譬如采用更轻的涡轮叶片、水冷式的中冷器等等。一般来说,发动机排量不变,涡轮越大则涡轮迟滞越大,涡轮轴旋转惯性越大(涡轮轴越重)则涡轮迟滞越大。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

涡轮迟滞现象可以说是涡轮增压发动机相比自然吸气发动机的一大劣势,现在越来越多的涡轮增压发动机在得到比自然吸气发动机更大动力的同时,厂商也尽可能地通过采取低惯量涡轮、水冷热交换式中冷器等手段来减小涡轮迟滞现象,争取让其表现接近自然吸气发动机的线性。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

对于价位较低的小排量涡轮车型来说(其实这类车是涡轮迟滞现象最明显的车型),因为发动机本身排量较小,当涡轮没有发力时相当于小排量的自然吸气,动力不足的现象会更加明显。

而大部分厂家针对这个问题的解决方案就是优化涡轮本体,主要的方法就是使用更小的涡轮,同时尽量的减轻涡轮叶片的重量,更小的涡轮和轻量化的叶片就代表可以用更小排气脉冲来实现涡轮的运作,从而有效的使涡轮更早发力,减轻涡轮的迟滞现象。很多小排量车型都可以做到1500至1800转之间就实现增压,涡轮迟滞现象得到很大缓解。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

对于一些售价较高,排量也较大的车型,可以应用更复杂、成本更高的技术,其中主要包括以下几种。

双涡轮

双涡轮就是通过串联一大一小两个涡轮,在低转速排气量不足的时候,用反应较快的小涡轮,提高低转扭力,高转时转换大涡轮,提供充足的进气量,从而提供最大功率。其实就是专门设置一个负责低转速时使用的涡轮,解决涡轮迟滞。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

单涡轮双涡管

原理主要是将一个涡轮增压器的气流通过两条管道分为两路,将气缸分为两组,分别通过两个涡管驱动一个涡轮,单涡轮可以改善排气脉冲相互干扰的情况。这样的结构可以产生较大的废气脉冲增压,排气压力可以更快的传递到涡轮,使增压器较快响应发动机负荷的变化,从而达到较低的转速就能产生较高的扭矩的作用。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

可变截面涡轮

这个技术相对复杂一点,主要是通过改变涡轮叶片的角度来实现,简单的来说就是低转速的时候叶片角度较小,空气流速会更加快,相对的就更容易推动涡轮,减轻涡轮迟滞状况。高转速的时候叶片角度较大,减小排气背压,防止涡轮过载。

 

涡轮迟滞,涡轮增压

 

老侯点评

其实,涡轮发动机的涡轮迟滞影响的越来越小,一方面是涡轮增压技术的进步,另一方面是变速箱技术的进步以及发动机与变速箱的匹配越来越好。总体来说,小排量涡轮增压是一个不可逆转的趋势。