在此之前我们有必要详细了解一下有关涡轮增压发动机的一些信息。为了提高发动机的单机功率,我们可以根据理论上的一个公式(发动机有效功率=进气终了压力*工作容积*气缸数目*发动机转速/0.3倍冲程数)得到三种办法。
方法一:改变发动机的结构参数,增大发动机排量,即增大气缸直径D、活塞形成S,增加汽缸数i,减少冲程数等。其核心在于:减少过量空气系数。但是将会受到自重以及安装位置的限制。
方法二:提高发动机转速n。其核心在于:提高充量系数。但是发动机转速的提高受到活塞平均速度的限制,因机械效率值和充量系数值随活塞平均速度的提高而下降。
方法三:提高发动机平均有效压力值。其核心在于:增加空气密度。实践证明,提高发动机的平均有效压力是提高发动机功率最经济有效的办法。因此车辆用发动机增压器的目的就是增加进入发动机气缸的充量密度,从而提高发动机平均有效压力值,进而提升发动机的功率、改善燃油经济性能和排放性能的目的。
而美系代表性的福特EcoBoost系列涡轮增压发动机目前还是采用着同轴废气涡轮增压发动机。
△ 图为美系的2.0L排量EcoBoost涡轮增压发动机,在驱动压气机的方式上,欧洲与美系未来可能就要分道扬镳吗?其实不然,我们继续往下探究。
但是,随着目前排放法规的要求更加严格,以及对发动机性能的不断压榨,为了获得更好的增压效果,通常会采用多种增压方式结合的技术,其中主要包括:复合增压和双级甚至是多级增压的形式。
△ 图为2.0L EcoBoost发动机配备的来自于博格华纳的低惯量转子K03。为何要用所谓的低惯量转子,读完全文笔者相信你就会明白的。
既然涡轮增压这么好那么一直无限制的增压下去不就好了吗?为什么到现在还有那么多的问题和瓶颈呢?其实在增压的同时无形中也增加了进入燃烧室的混合可燃气体的温度,在从而会加大汽油发动机的爆燃倾向,这对汽油机来说可真的不是一件好事啊,对于柴油机也会增加负载负荷以及机热负荷。简言之就是:增压不到位会带来更加差的效果。同时由于车辆发动机大部分时间在部分工况下工作,对转矩特性和加速性能要求较高,所以多采用脉冲涡轮增压系统而不是定压涡轮增压系统。
△ 因此对于抑制汽油发动机的爆燃倾向,涡轮增压发动机一般都需要有中冷机构。图中竖轴的值代表意义为燃油消耗量,横轴代表进气终了压力。我们可以直观的看出来TCA也就是涡轮中冷增压的意义十分巨大。
下面我们就从涡轮增压器对发动机主要性能的四个影响层面上来分别针对美系和欧系涡轮增压发动机技术做对比分析。