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摩托車渦輪增壓器原理

什么是渦輪增壓器？
　渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)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(jìn)入汽缸。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機(jī)的輸出功率。
　　一般的內(nèi)燃機(jī)多采用“自然進(jìn)氣”方式工作，這種方式是利用活塞下行時汽缸-產(chǎn)生的真空度，借助于外界的大氣壓力，將混合氣壓入汽缸。然而，受到各種因素的影響使得汽缸的進(jìn)氣量很難達(dá)到100%，依實測數(shù)據(jù)，一般汽油機(jī)的容積率約在60%－70%之間。即使設(shè)計精良的發(fā)動機(jī)也只能達(dá)到80%左右。由于容積率每提高1%，發(fā)動機(jī)的輸出功率約能提高3%，于是人們發(fā)明了增壓器。
　　增壓器最初是在柴油機(jī)上使用，分活塞式和離心式，*發(fā)動機(jī)輸出的動力來驅(qū)動。因為柴油機(jī)是噴油點火方式，被壓縮的是純空氣，不像汽油機(jī)那樣是在混合氣被壓縮過程中經(jīng)火花塞的高壓電火花點燃，所以為了提高功率，柴油機(jī)的壓縮比已經(jīng)很高，加上增加器后功率可提高30%~100%。但它要消耗發(fā)動機(jī)的部分輸出功率，這對于汽車、摩托車使用的輕型汽油機(jī)來說就有些得不償失，于是設(shè)計師們想到了利用廢氣來驅(qū)動增壓器的方法，這就是排氣渦輪增壓器。
　　渦輪增壓器由裝在同一根增壓器軸上的渦輪機(jī)葉輪和壓氣機(jī)葉輪組成，增壓器軸支承在增壓器殼體內(nèi)的軸承上，渦輪機(jī)葉輪和壓氣機(jī)葉輪上都有很多葉片，從汽缸排出的廢氣直接進(jìn)入渦輪機(jī)，并推動葉輪和增壓器軸旋轉(zhuǎn)，因為壓氣機(jī)葉輪固定在增壓器軸的另一端，所以壓氣機(jī)葉輪隨軸也一起旋轉(zhuǎn)。
　　壓氣機(jī)的葉輪安裝在進(jìn)氣管道內(nèi)，當(dāng)壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時，空氣被吸入進(jìn)氣管道，經(jīng)壓氣機(jī)壓縮之后送入進(jìn)氣管。大多數(shù)增壓發(fā)動機(jī)是氣道燃油噴射式發(fā)動機(jī)，噴入進(jìn)氣道內(nèi)的燃油與壓縮空氣混合形成密度較大的空氣燃油混合氣。由于進(jìn)入汽缸的混合氣量增多，因此發(fā)動機(jī)功率增加。
　　渦輪增壓葉輪以超過100 000r/min的高速度旋轉(zhuǎn)，因此葉輪的平衡及軸承潤滑是非常重要的。在增壓器開始對進(jìn)氣管內(nèi)的空氣加壓之前，增壓器軸必須達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速，有些渦輪增壓器在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 250r/min時開始壓縮空氣，而在2 250r/min時達(dá)到最大增壓壓力。
　　一、增壓壓力的控制
　　如果渦輪增壓器的增壓壓力不加限制，那么過高的進(jìn)氣管壓力及過高的燃燒壓力可能使發(fā)動機(jī)零件損壞，為此很多渦輪增壓器都裝有放氣膜盒。從膜盒到渦輪機(jī)殼體上的放氣閥用連動桿連接，膜片彈簧壓住放氣閥使其關(guān)閉，進(jìn)氣管內(nèi)的增壓壓力作用到放氣膜片上。當(dāng)進(jìn)氣管內(nèi)的增壓壓力達(dá)到最大安全極限時，增壓壓力推壓放氣膜片并打-氣閥，使部分廢氣不經(jīng)過渦輪機(jī)葉輪，從而限制了渦輪增壓器軸的轉(zhuǎn)速及增壓壓力。在某些發(fā)動機(jī)上，作用在放氣膜片上的增壓壓力由電腦操縱，通過PCM使電磁線圈通電或斷電來控制增壓壓力。有些電腦按預(yù)編程序在突然加速時，允許短時間產(chǎn)生較高的增壓壓力，以改進(jìn)發(fā)動機(jī)的加速性。
　　二、渦輪增壓器的-
　　廢氣流過渦輪機(jī)葉輪使增壓器的溫度升高，尤其是發(fā)動機(jī)大負(fù)荷下工作時，很多渦輪增壓器有-水管從增壓器殼體通到-系統(tǒng)，-劑在渦輪增壓器殼體內(nèi)循環(huán)以-軸和軸承。發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的機(jī)油從主油道供入增壓器軸承及軸，以潤滑和-軸承，后經(jīng)增壓器殼體返回曲軸箱。在增壓器軸上設(shè)有油封，用來防止機(jī)油竄入壓氣機(jī)或渦輪機(jī)葉輪室，如果油封損壞，機(jī)油會竄入壓氣機(jī)或壓氣機(jī)葉輪室導(dǎo)致排氣冒藍(lán)煙及機(jī)油消耗量增加。
　　有些渦輪增壓器沒有連接增壓器殼體的-水管，而是*機(jī)油及空氣-，當(dāng)發(fā)動機(jī)在大負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速工作后如果立即停機(jī)，那機(jī)油可能在機(jī)油及空氣-的增壓器軸承內(nèi)燃燒，燃燒所產(chǎn)生的堅硬碳粒會把增壓器軸承刮傷，如有-劑在增壓器殼體內(nèi)循環(huán)，就可降低軸承溫度而避免發(fā)生這類問題。因此，用機(jī)油及空氣-的渦輪增壓器在大負(fù)荷或高速工作之后、停機(jī)之前，發(fā)動機(jī)至少要在怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)1min，這樣有助于防止增壓器軸承損壞。
　　三、國外開發(fā)應(yīng)用渦輪增壓技術(shù)狀況
　　渦輪增壓器用于重載場合雖已多年，但1980年以前一直沒有廣泛用于汽車上，直到各種耐熱材料的出現(xiàn)、渦輪增壓器低速加速遲緩及軸承-困難的問題逐步解決后才開始用于汽車上。雪佛蘭首先在CORVAIA汽車上使用渦輪增壓器，后來又在許多賽車中陸續(xù)使用，有的使用了2~3個增壓器，串聯(lián)起來增至3個大氣壓，以達(dá)到數(shù)倍未增壓發(fā)動機(jī)的功率。本田公司率先在CX500摩托車發(fā)動機(jī)上采用渦輪增壓器配以電噴系統(tǒng)控制發(fā)動機(jī)的供油量，使其最大功率達(dá)到57.33kW（8000r/min），而同等級不用渦輪增壓器發(fā)動機(jī)的功率不過35.28kW，功率提高了62.5%。隨后鈴木公司、-公司在大排量摩托車發(fā)動機(jī)上使用渦輪增壓器，其發(fā)動機(jī)最大功率、最高車速均有較大幅度的提高。自從陶瓷材料問世以來，由于其具有堅硬、耐腐、耐熱、抗熱震、耐高溫變、自潤滑、在高溫工作環(huán)境中性能穩(wěn)定等優(yōu)點，用它制成“陶瓷發(fā)動機(jī)”、“陶瓷增壓器”，無需-系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)，體積可縮小40%，質(zhì)量可減小20%，壽命可延長100%，日產(chǎn)汽車公司、東京發(fā)動機(jī)公司等單位相繼研制了陶瓷材料，并將其投放汽車市場，收到了良好的效果。
　　四、我國開發(fā)應(yīng)用渦輪增壓器技術(shù)狀況及前景
　　當(dāng)前，金屬渦輪增壓器已廣泛應(yīng)用在汽車和國外摩托車上，而陶瓷渦輪增壓器及陶瓷發(fā)動機(jī)代表了當(dāng)前該技術(shù)的重要發(fā)展方向。我國一汽、二汽、廣西重柴、揚(yáng)州柴油機(jī)等大汽車和柴油機(jī)制造公司都已成功開發(fā)出了渦輪增壓器，而陶瓷材料的研究在我國起步較晚，但陶瓷材料國產(chǎn)汽車發(fā)動機(jī)已經(jīng)問世。為了加速在國產(chǎn)摩托車發(fā)動機(jī)上應(yīng)用渦輪增壓技術(shù)的步伐，應(yīng)首先在大排量摩托車上推廣應(yīng)用金屬渦輪增壓技術(shù)，同時在全國范圍內(nèi)積極開展陶瓷發(fā)動機(jī)和陶瓷渦輪增壓器的開發(fā)應(yīng)用研究，以促進(jìn)渦輪增壓技術(shù)盡快應(yīng)用于國產(chǎn)摩托車上。

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