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滾珠渦輪增壓器軸承已然成為性能車型的主流裝備

2019-12-10 08:34:29

       渦輪系統現在被廣泛的運用到汽車行業中,既節能又環保,所以被用戶認可。至于什么原理今天我們來就聊聊渦輪系統吧。

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渦輪系統


  渦輪系統是增壓發動機中最常見的增壓系統之一。

  如果在相同的單位時間里,能夠把更多的空氣及燃油的混合氣強制擠入汽缸(燃燒室)進行壓縮燃爆動作(小排氣量的引擎能“吸入”和大排氣量相同的空氣,提高容積效率),便能在相同的轉速下產生較自然進氣發動機更大的動力輸出。情形就像你拿一臺電風扇向汽缸內吹,硬是把風往里面灌,使里面的空氣量增多,以得到較大的馬力,只是這個扇子不是用電動馬達,而是用引擎排出的廢氣來驅動。 

  一般而言,引擎在配合這樣的一個“強制進氣”的動作后,起碼都能提升30%-40%的額外動力,如此驚人的效果就是渦輪增壓器令人愛不釋手的原因。況且,獲得完美的燃燒效率以及讓動力得以大幅提升,原本就是渦輪增壓系統所能提供給車輛最大的價值所在。

  該系統包括渦輪增壓器、中冷器、進氣旁通閥、排氣旁通閥及配套的進排氣管道。

  渦輪增壓器在汽車中的連接方式如圖:

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動力提升


  一般的NA(自然進氣)發動機的做法,逃不開加大節氣門口徑,或換多喉直噴等,使高轉速時可以在同油門深度下,獲得更多的空氣量。但這種方法在某一轉數后,作用就有限了。畢竟NA發動機的空氣是靠真空吸入的。在汽缸容積固定不變的情況下,真空吸入空氣有一個相對的限度。

 

  有的NA發動機改用高角度凸輪軸(HiCam,借此增加進排氣門重疊角度),可以在高轉速下獲得高動力,但缺點是低轉的扭矩較差,而且如果角度過大,會有發動機怠速不穩的現象。所以現在不少的新車都用上可變氣門正時技術,再配合可變凸輪軸等技術(如VVTL-i、i-VTEC、MIVEC)……以期在低轉扭矩和高轉馬力之間取得很好的平衡。

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  但即便是用盡以上方法,發動機的進氣效率頂多提高60%。NA發動機始終無法避免其宿命——空氣是被動地被吸入汽缸內的。也就是說,引擎所需的空氣完全依靠活塞下行時產生的負壓而進入,即便汽缸吸滿了空氣,缸中氣壓也就小于或等于一個大氣壓。所以NA發動機的升功率始終遠不能將空氣與燃油強制送入的汽缸中,可輕松獲得一倍以上馬力的增壓發動機。


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渦輪增壓器軸承

 

渦輪增壓器軸承結構關系到渦輪工作的可靠性與耐用度問題。渦輪增壓器軸承主要分為兩類,一類為浮動軸承(俗稱的波司軸承),另一類則為滾珠軸承。浮動軸承實際上是套在軸上的圓環,圓環與軸以及圓環與軸承座之間都有間隙,形成雙層油膜。增壓器工作時,軸承在軸與軸承座之間轉動。因此,我們可以發現浮動軸承的缺點:渦輪軸高轉運轉阻力大,機油壓力和品質要求高,對渦輪軸的動態控制不穩定。

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  而新近出現的滾珠軸承(Ball Bearing)逐漸成為渦輪軸發展的趨勢。顧名思義,滾珠軸承就是在渦輪軸上安裝滾珠,取代機油成為軸承。滾珠軸承有眾多好處:摩擦力更小,因此將有更好的渦輪響應(可減少渦輪遲滯),并對動力的極限榨取更有利;它對渦輪軸的轉動動態控制更穩定(傳統的是靠機油做軸承,行程漂浮);對機油壓力和品質的要求相對可以降低,間接提高了渦輪的使用壽命。但其缺點是耐用性不如傳統的波司軸承,大約7萬-8萬公里就到壽命極限,且不易維修、維修費昂貴。因此重視耐久性的渦輪制造廠(如KKK)就不會推出此型式渦輪。


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