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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，通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發(fā)動機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，使之增壓進入汽缸。當發(fā)動機轉(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)動機的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機的輸出功率。
　　一般的內(nèi)燃機多采用“自然進氣”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氣量很難達到100%，依實測數(shù)據(jù)，一般汽油機的容積率約在60%－70%之間。即使設(shè)計精良的發(fā)動機也只能達到80%左右。由于容積率每提高1%，發(fā)動機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上使用，分活塞式和離心式，*發(fā)動機輸出的動力來驅(qū)動。因為柴油機是噴油點火方式，被壓縮的是純空氣，不像汽油機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)動機的部分輸出功率，這對于汽車、摩托車使用的輕型汽油機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葉輪和壓氣機葉輪組成，增壓器軸支承在增壓器殼體內(nèi)的軸承上，渦輪機葉輪和壓氣機葉輪上都有很多葉片，從汽缸排出的廢氣直接進入渦輪機，并推動葉輪和增壓器軸旋轉(zhuǎn)，因為壓氣機葉輪固定在增壓器軸的另一端，所以壓氣機葉輪隨軸也一起旋轉(zhuǎn)。
　　壓氣機的葉輪安裝在進氣管道內(nèi)，當壓氣機葉輪旋轉(zhuǎn)時，空氣被吸入進氣管道，經(jīng)壓氣機壓縮之后送入進氣管。大多數(shù)增壓發(fā)動機是氣道燃油噴射式發(fā)動機，噴入進氣道內(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。由于進入汽缸的混合氣量增多，因此發(fā)動機功率增加。
　　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。在增壓器開始對進氣管內(nèi)的空氣加壓之前，增壓器軸必須達到一定的轉(zhuǎn)速，有些渦輪增壓器在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1 250r/min時開始壓縮空氣，而在2 250r/min時達到最大增壓壓力。
　　一、增壓壓力的控制
　　如果渦輪增壓器的增壓壓力不加限制，那么過高的進氣管壓力及過高的燃燒壓力可能使發(fā)動機零件損壞，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，進氣管內(nèi)的增壓壓力作用到放氣膜片上。當進氣管內(nèi)的增壓壓力達到最大安全極限時，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，以改進發(fā)動機的加速性。
　　二、渦輪增壓器的-
　　廢氣流過渦輪機葉輪使增壓器的溫度升高，尤其是發(fā)動機大負荷下工作時，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)動機潤滑系統(tǒng)的機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，用來防止機油竄入壓氣機或渦輪機葉輪室，如果油封損壞，機油會竄入壓氣機或壓氣機葉輪室導(dǎo)致排氣冒藍煙及機油消耗量增加。
　　有些渦輪增壓器沒有連接增壓器殼體的-水管，而是*機油及空氣-，當發(fā)動機在大負荷或高轉(zhuǎn)速工作后如果立即停機，那機油可能在機油及空氣-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，用機油及空氣-的渦輪增壓器在大負荷或高速工作之后、停機之前，發(fā)動機至少要在怠速下運轉(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，以達到數(shù)倍未增壓發(fā)動機的功率。本田公司率先在CX500摩托車發(fā)動機上采用渦輪增壓器配以電噴系統(tǒng)控制發(fā)動機的供油量，使其最大功率達到57.33kW（8000r/min），而同等級不用渦輪增壓器發(fā)動機的功率不過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)動機上使用渦輪增壓器，其發(fā)動機最大功率、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”、“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)動機代表了當前該技術(shù)的重要發(fā)展方向。我國一汽、二汽、廣西重柴、揚州柴油機等大汽車和柴油機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)動機已經(jīng)問世。為了加速在國產(chǎn)摩托車發(fā)動機上應(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)動機和陶瓷渦輪增壓器的開發(fā)應(yīng)用研究，以促進渦輪增壓技術(shù)盡快應(yīng)用于國產(chǎn)摩托車上。

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