自然进气与涡轮增压发动机
缘起:涡轮增压发动机备受青睐
最近,涡轮增压这个原本多用于柴油发动机的技术忽然在国产中高档轿车中热了起来。先是奥迪A61.8T热销,而后又传出上海帕萨特B5也将采用1.8T涡轮增压发动机的消息。
那么,究竟什么是涡轮增压技术,应用这一技术的发动机有哪些好处?为更直观地说明这个问题,我们将同为奥迪A6匹配1.8T、1.8、2.4三种发动机做一个比较。
严格地讲,这三种发动机并没有可比
性。同是奥迪公司精心设计的具有世界先进水平的发动机,1.8T和1.8为直列4缸发动机,而2.4为V型6缸发动机,结构不同。但我们仅想通过发动机功率、扭矩曲线等表象,反映出涡轮增压发动机的优缺点。
释疑:采用涡轮增压主要是为了提高发动机进气量
许多人都知道,汽车发动机的工作,多是靠燃料在发动机气缸内燃烧作功,从而对外输出功率。在发动机排量一定的情况下,若想提高发动机的输出功率,最有效的方法就是多提供燃料燃烧。然而,向气缸内多提供燃料容易做到,但要提供足够量的空气以支持燃料完全燃烧,靠传统的发动机进气系统是很难完成的。
就拿汽油机来说,每向气缸内提供1公斤的汽油,约需要气缸吸入15公斤的空气,才能保证汽油充分燃烧。这15公斤的空气,其体积将是非常大的,光靠气缸在发动机进气过程产生的真空度,不容易将这么大体积的空气完全吸入。因此,提高发动机吸入气体的能力,也就是提高发动机的充气效率就显得尤为重要。
增压技术就是一种提高发动机的进气能力的方法。
从原理上讲,增压并无神秘之处。它就是采用专门的压气机将气体在进入气缸前预先进行压缩,提高进入气缸的气体密度,减小气体的体积,这样,在单位体积里,气体的质量就大大增加了,进气量即可满足燃料的燃烧需要,从而达到提高发动机功率的目的。
增压过程中采用的压气机又叫做增压器。
废气涡轮增压是进气增压的一种方式。
发动机的增压方法根据驱动增压器所用能量来源的不同,基本上可以分为三类:第一类是机械增压系统,增压器由发动机曲轴通过齿轮(或链条等)直接驱动。第二类是废气涡轮增压系统,增压器是由发动机工作时排出的废气带动的。第三类是复合增压系统,即在发动机上,既采用废气涡轮增压器,又同时应用机械驱动式增压器。此外还有惯性增压、气波增压等其他增压方式。
应用在汽车发动机上的主要是废气涡轮增压系统。奥迪A61.8T采用的就是这种系统,“T”即代表涡轮增压(Turbocharged)。
辨析:涡轮增压的优缺点
涡轮增压的最大优点是可提高发动机的功率和扭矩。
涡轮增压的优点是显而易见的,它可在不增加发动机排量的基础上,大幅度提高功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后,其输出的最大功率与未装增压器的相比,可增加大约40%甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率,或者说,一台小排量的发动机经增压后,可以产生较大排量发动机相同的功率。另外,发动机在采用了增压技术后,还能提高燃油经济性和降低尾气排放。
汽油机采用涡轮增压技术有一定难度。
凡事有利就有弊,涡轮增压也不例外。发动机在采用废气涡轮增压技术后,工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高,从而使发动机的机械性能、润滑性能都会受到影响。
为了保证增压发动机在较高的机械负荷和热负荷条件下,能可靠耐久地工作,必须在发动机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面作必要的改变,而不是简单地在发动机上装一个增压器就行了。由于这个改变过程在实行中难度颇大,而且还要考虑增压器与发动机的匹配问题,因此在一定程度上也限制了废气涡轮增压技术在发动机上的应用。
相对来说,废气涡轮增压器与柴油机配合运行时,涡轮机允许工作的范围较广,高效率范围也较宽,在配合运行中产生的问题较少,所以废气涡轮增压技术在柴油机应用的比较多。而对于汽油机在增压后,提高了缸内混合气压缩和燃烧气体的温度和压力,提高了燃烧室受热零件的热负荷,很容易产生爆震。这也就是至今为止,增压技术在汽油机上得不到广泛应用的主要原因。
比较:奥迪A61.8T比1.8功率大,但比2.4起步慢
奥迪A61.8T的发动机在其动力输出上就充分体现了废气涡轮增压技术的优势。由其功率——扭矩曲线图可以看出,随着发动机转速的提高,其功率逐渐增大,在5700转/分钟时达到最大值110千瓦。这与未装增压器的1.8升发动机相比,最大功率提高了大约20%。观察其扭矩变化,在低转速时(1750转/分钟以下)发动机具有良好的扭矩特性。在1750转/分钟时,发动机输出最大扭矩210N.m,并在1750~5700转/分钟之间一直保持这个最大扭矩,这一点与未装增压器的发动机有所不同。与奥迪A61.8相比,安装增压器后,其最大扭矩增加了25%。
奥迪A62.4的发动机排量比1.8T的要大许多,而其最大功率和最大扭矩却相差不多。但是从曲线图中不难看出,在低转速时,1.8T的扭矩和功率要比2.4的小。这是因为涡轮增压在中、高转速时作用更明显。因此表现为,奥迪A61.8T的起步就要比2.4略慢,若匹配自动变速器,这点更为明显。不过,仅以发动机来论,1.8T满足车辆一般性需要,已是绰绰有余了。
补充:SDI是英文SuctionDirectInjection的缩写,意为自然吸气直接喷射(柴油发动机)。
这种柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度,使空气温度超过柴油的自燃燃点,这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此,柴油发动机无需点火系。同时,柴油机的供油系统也相对简单,但是由于是自然吸气,它的升功率并不是很高,转速也无法和汽油发动机相比。
涡轮增压(Turbo)
无论是赛车场或是改装车间,增压器都是我们经常接触的字眼,它们仿佛是支兴奋针剂,一提起就令人热血沸腾,让人联想到狂暴的四驱加速动力与激射而出的快感。机械增压,此类增压器是以不增加引擎排气量为前提,使动力轮输出提升的方法。是直接利用引擎出力来驱动增压器,再将高密度空气送入汽缸内以提高引擎的输出功率。
涡轮增压则是利用引擎的废气排放来驱动压缩机。最早的增压器全部都是机械增压,在刚发明时被称超级增压器(Supercharge),后来涡轮增压发明之后为了区隔两者。起初涡轮增压器被称为TurboSupercharger,机械增压则被称为MechanicalSupercharger,久而久之,两者就分别被简化为Turbocharger与Supercharger了!
机械增压器压缩机的驱动力引擎曲轴,一般都是利用皮带连接曲轴皮带轮,间接将曲轴运转的扭力带动增压器,达到增压目的。依构造不同,机械增压会经出现过许多种类,包括叶片式(Vane)、鲁氏(Roots)、温克尔(Wankle)等型式,而活塞运动最早也被认为是一种机械增压,时至今日,则以鲁氏增压器最被广泛使用,更是改装的大热门。鲁氏增压器有双叶与三叶转子两种型式,目前以双叶转子较普遍,其构造是在椭圆形的壳体中装两个茧形的转子,转子之间保有极小的间隙而不直接相连,藉由螺旋齿轮连动,其中一个转子的转轴与驱动的皮带轮连结,转子转轴的皮带轮上装有电磁离合器,在不需要增压时即放开离合器以停止增压,离合器则由计算机控制以达到省油的目的。机械增压的特征,除了在低转速便可获得增压外,增压的动力输出也与曲轴转速成一定的比例,即机械增压引擎的油门反应随着转速的提高,动力输出随之增强,因此机械增压引擎的操作感觉与自然气极为相似,却能拥有较大的马力与扭力。
涡轮增压原理利用引擎运转时所排出来的废气,用废气来转动涡轮增压器中的排气侧转子,而排气侧转子与进气侧转子(Compressor)是同轴异室,当Turbine转子达到一定转速时(约12000rpm左右)它带动另一侧的Compressor,使Compressor转子引进外来的新鲜空气,经过压缩倒入进气歧管内,因此Turbo车的进气是非自然方式,是经过吸进来,再压缩所以空气压力是大于大气压力的。涡轮增压由于是超高转速地运转轴承,随之而来的高温排除或增压过度的泄压就是关键。目前常用的就是机油导入来润滑与冷却轴承,也有用水冷式的。而过高的增压对引擎的压缩行程与动力(爆炸)行程发生时会造成伤害,所以,有机械式地用空气压力作为开关或电子式地用计算机直接控制泄放压力的动作。
涡轮增压器实际上是种空气压缩机,通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动
机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮,叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气,使之增压进入气缸。当发动机转速增快,废气排出速度与祸轮转速也同步增快,叶轮就压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料,相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。
涡轮增压器的最大优点是能在不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭力,一般而言,加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%—30%。涡轮增压器的缺点是滞后,即由于叶轮的的惯性作用对油门骤时变化迟缓,使发动机延迟增加或减少输出功率,这对于要突然加速或超车的汽车而言,瞬间不能及时反应。
早就听说凯旋装配的是自然吸气的发动机,其性能在2.0的车型中可圈可点,甚至仅次于宝马320的发动机,但是这发动机上的亮点,自然吸气,大家可能还不都明白吧,下面的文章可以为你作出比较详细的解释和说明。
在汽车工业界汽车进气类型大致分为两类,即NA车和Turbo车。NA车即是NaturalAspirator自然进气汽车,Turbo车是使用涡轮增压进气的车型。而增压车型里又细分为Turbo增压和SuperCharge也叫作Compresor机械增压。用进气形式为汽车分类非常合理,汽车引擎是内燃机的一种,内燃机的进气过程是能量产生的最关键步骤之一。
喜爱使用增压引擎的车厂多为曰本和美国的车厂,欧洲人则比较少用增压车型。可是增压引擎却又是欧洲人发明的,这是本来用在飞机引擎的技术,是为了让飞机在高空氧气稀薄的环境飞行时让更多的氧分子流入引擎内部燃烧从而提高燃烧效率。原本是飞机制造商的瑞典申宝SAAB首先将这项技术运动到汽车引擎生产领域。这项革命式的进气风暴开始席卷整个汽车工业界。现在欧洲车厂很少使用涡轮进气引擎,只有申宝、大众、富豪还生产少数的涡轮引擎,申宝和富豪生产的都是低压涡轮大众也只有运用在奥迪TT上的是压力较大的涡轮,而且这些都是小排量的涡轮引擎,欧洲车厂已经不在生产大排量的涡轮引擎了。典型的例子是最新款的奥迪S4将不在沿用2.7排量的双涡轮引擎而改用一个排量更大达到4.2升的NA引擎。现在生产大排量涡轮引擎的只有曰本和美国车厂了,最为专著的是曰本车厂。欧洲车厂逐渐转向NA引擎是开始意识到NA引擎有更多的好处。同马力的NA车在动力上一定优胜过同马力的TURBO车,自然进气引擎最大的好处是马力随传随到而Turbo车必须要等到涡轮扇叶开始工作后才会做出更大的马力,如果扇叶小了则增压BAR数不够,扇叶大了涡轮迟滞严重难以操控,使用双涡轮则会增加整车重量和建立更复杂的机械结构。可知哪怕是10KG的重量在赛场上也是致命的数字。在这里顺便谈谈涡轮迟滞现象,涡轮迟滞也TurboLeg,造成TurboLeg的主要原因是涡轮扇叶在莫一个额定转速段突然开始工作造成的。以大家熟悉的宝来为例,这副引擎涡轮开始工作是1700转左右,增压BAR数为0.35BAR属低压涡轮。涡轮扇叶不大需要推动它在引擎1700转时已有足够的排气压力去推动它,即使开始工作也没有明显不同的感觉,随后涡轮带来的强大动力是随着引擎转速的提升一起提升的。我们再看看有明显涡轮迟滞的车型三菱的EVO系列,这副引擎Turbo的开启点在3200转左右,增压BAR数达到1.2BAR左右。在Turbo工作前这副引擎平平无力和一副2.0的NA引擎没什么两样,可当转速达到3200时强大的动力突如其来车子即刻好像脱缰的野马。因为高压Turbo的增压BAR数大涡轮的扇叶也大,引擎在低速时根本不够力量吹动它,在3200以下Turbo是不工作的,到了3200转扇叶突然开始工作马力激增。这就是涡轮迟滞。很多驾驶经验不够的人驾驶大Turbo车在过弯时经常会发生危险就是因为涡轮迟滞,当你驾车入弯时必会减档,减档后稍有不慎就会令到转速上升越过涡轮的开启点这时马力突然增加就会让车子甩尾失控。大马力的Turbo车多数是后轮车一旦甩尾将会很难操控。
NA车相对TURBO车还有一大好处就是引擎寿命更长和维修简便,NA车最为一种造车理念一直被两间车厂誓死沿用,这辆间车厂就是宝马和本田。最为世界NA引擎的顶级生产厂家他们都有自己在NA界顶尖的技术,本田当然就是使他赖以独步江湖的VTEC,二宝马则是VANOS。万变不离其宗都是可变气门的技术。这仿佛是NA界现在最好的出路。早在1989年本田就推出了至今然仍然领先的VTEC引擎,谛造出1升/100马力的神话。时至90年代末其它车厂才开始竞相研制可变气门的引擎,其中比较著名的是宝马的ValveTronicS和丰田的VVT-I。增大NA车马力的途径很简单只有ONEWAY可走就是增大进气量,但在增大进气量的同时而又不能损失扭力。在NA车的改装上只能使用更换凸轮轴、进气歧管和节气门体等手段,而TURBO车的改装手段则直接很多,只要更换更大的涡轮就能即刻增大马力,这也是很多马力狂热分子选择Turbo车的一大原因。
5t0l,CH:frK*{NA车一直是民用及竞技用车的主流,很多赛事都规定只有NA车能够参加也有很多NA/Turbo同场竞技的赛事。Turbo车在比赛中有很多致命弱点。在引擎长久及告诉工作状态下Turbo车的油温、水温和进气温度会极速攀升,引擎的负荷越来越大随着赛事的进行Turbo引擎的功率会随着时间下降。而NA车则收这方面的引擎不大,油温水温可以控制在比较适合引擎工作的范围之内,而进气温度则完全不收引擎工作时间影响。日常用车中NA/Turbo车也会遇到同样的问题,长途行车Turbo车的温度会很高,停车前必须让涡轮继续工作2-3分钟,从而使新鲜的空气进入涡轮和缸体令到扇叶降温,大家可能不会踩到涡轮扇叶转动的速度有多快,即使是宝来1.8T这样的低压涡轮转速都会超过10万转每分钟,可想而知它的温度会有多高。NA车则没有这样的麻烦。
7i)kn9j/A大连生活资讯|衣食住行|吃喝玩乐最后说说DTM(德国房车赛)和JGTC(曰本超级房车赛),DTM是NA车大斗法的天地,必须是NA车才能参加而且必须是排量为4000cc的V8引擎。赛车的最大马力在500匹左右,虽然是最具权威的赛事但本人觉得比较枯燥,因为参赛车型只有三种奔驰CLK、奥迪TT和欧宝VICTRA。相对DTMJGTC则有意思得多,多组的赛车在一起竞技,有NA也有TURBO。其中NA车的佼佼者是本田的NSX-R,TURBO车的佼佼者是日产的SKYLINEGT-RR34和丰田的SUPRA。其中最瞩目的S级别赛车最大马力都在500匹左右,这里是赛场上能见到大排量TURBO车不多的地方。相对大众的TURBO引擎曰本车的大排量TURBO引擎的性能要高一些,日产R34使用2.5直6双涡轮引擎,最大马力潜能是1050匹,丰田SUPRA使用3.0V6双涡轮引擎,最大马力潜能也有900多匹,丰田TOM’SGT-ONE使用V63.5双涡轮增压引擎,最大马力潜能更是达到1100匹。在最大马力上NA车的确无法与TURBO车相比,所以NA或是TURBO各有自己的优缺点
补充材料
随着技术的不断发展和改进,现在的涡轮迟滞问题已经可以比较好的解决了,比如偏时点火系统,以及保时捷最新的可
变几何涡轮系统(VTG系统)
关于偏时点火系统:
偏时点火系统,英文译作MissFiringSystem。很多人都知道涡轮增压的车子是由引擎的废气带动涡轮把空气输入引擎增加马力。但是因为比赛用的车辆跟改装过的车辆往往是用特大号的涡轮来增加马力,但也因为涡轮重量也增加的关系,造成引擎加速反应变的迟顿,因为较重的涡轮叶片须要更多时间与废气的能量来推动叶片的加速以及增压,这就是所谓的涡轮迟滞(TurboLag)。
一般我们道路行驶的涡轮增压车,因为都是使用较小的涡轮叶片造成涡轮迟滞的现像比较轻微而且只要习惯就好了,但是在分秒必争的赛车场上这种现像是不被允许的,三菱Mitsubishi(我想是他们开发的吧)开发的偏时点火系统主要的目的就是减少涡轮迟滞。
其实这系统只是在计算机上做手脚,在驾驶松油门或是没有踩油门的时后比如说转弯或减速的时后,计算机会命令汽车的供油系统射入大量的汽油进入引擎,但是不会点火,直接让这些雾状的汽油在未经过燃烧的情况经过引擎直接进入温度极高(大约摄氏八百到九百度)的排气系统。当雾状的汽油进入之后会因为碰到高温自动引爆。产生出来的压力会冲向唯一的出口推动涡轮增压器的叶片持续加速,让车子即使在减速的情况下也能维持涡轮叶片的转速(大约14000-20000rpm),使涡轮迟滞的现象消失,让车子有涡轮增压的马力及自然进气的反应。
另外高挥发性的汽油进入引擎及排气系统的时后能有效降低引擎和涡轮增压器的温度。这就是为什么涡轮增压车需要燃烧很浓的油气,虽然造成耗油但会降低涡轮增压器的高温,增加引擎耐用度
关于保时捷的VTG:
VTG可变几何尺寸涡轮(VariableTurbineGeometry)便可增加低转速时的压力而在高转速时压力又不至太大。它的涡轮叶片在电脑的控制下可调,当调节到适当的过流断面积时,便可对涡轮机的压力加以控制。
VTG技术上世纪九十年代已应用在柴油机上,保时捷将其首次应用在自家跑车上。联手BorgWarner涡轮系统公司,保时捷成功解决长久困扰涡轮技术的难题——极高的排气温度使涡轮叶片难以承受。新研发的抗高温太空材料使得VTG在汽油机上得以实现。
保时捷利用VTG技术,使流经发动机的气流通过电子可调式导流叶片输送到涡轮,涡轮转速能够达到更高,从而获得更大的增压压力。可变涡轮叶片能够正确的对引擎内部的气流起到导向作用。当增压压力达到最大值时,通过改变叶片角度,使导流叶片张角更大,在整个发动机转速范围都获得最佳的增压压力。不再像传统的增压发动机还需要放气阀。
此项新技术的应用令新911Turbo3.6升发动机输出353kw功率,更加惊人的是,在1950rpm到5000rpm如此宽的转速范围都可输出高达620Nm的巨大扭矩。
同时在VarioCamPlus的帮助下,新款911Turbo0-100km/h加速仅3.9秒,TiptronicS变速箱更使其在3.7秒就可加速至100km/h,而加速到200km/h也分别仅用12.2秒。
宝马开发喷雾式发动机
德国宝马日前宣布开发成功了采用压电喷射阀的喷雾引导(Spray-guided)式直喷直列6缸稀薄燃烧发动机,并表示今后将阶段性地扩大配备车型及其市场。与原来的进气口喷射发动机相比,在最大输出功率略有提高的同时,可将燃效改善10%。
宝马曾在2006年2月举行的日内瓦车展上公开过采用压电喷射阀的喷雾引导式直喷发动机,不过当时展出的是采用三元催化剂的涡轮过给发动机,并未采用稀薄燃烧,而是在理论空燃下工作。而且也未配备现有“3系”等使用的镁铝合金气缸体,使用的是铝合金气缸体。
[转自铁血社区
http://bbs.tiexue./]
新发动机是一款排量为3.0L的自然吸气发动机,气缸体使用与现有3系等相同的镁铝合金产品。因此缸径及冲程与现有发动机相同,均为88×85mm。宝马认识到直喷稀薄燃烧发动机存在较大的潜在燃耗,运转区域较小,而且采取NOx(氮氧化物)对策的成本也很高,因此在原来的发动机上采用了能够在以理论空燃比工作的进气口喷射发动机上使用的可变阀门正时提升机构“Valvetronics”。在此期间,该公司还一直在开发直喷发动机,从而为新发动机的开发提供了很大帮助。
喷雾引导方式与先前发表的涡轮发动机一样,均在燃烧室的顶部配置压电式喷射阀,在其旁边的排气阀一侧设置点火火花塞。压电式喷射阀具有喷射压力及响应性高的特点,在吸气及压缩行程中以最大20MPa(200个大气压)的压力最多喷射3次燃料。分3次喷射燃料的原因是:第1次是为了降低吸气温度、提高填充效率,第2次是为了呈圆锥状形成燃料区,而第3次则是为了在点火火花塞附近形成易于点燃的浓燃料区。
涡轮发动机的压缩比为10.2,而新发动机则从原型发动机的10.7大幅提高到了12。这一数值与戴姆勒克莱斯勒在同一届日内瓦车展上发表的“CLS350CGI”配备的喷雾引导式直喷稀薄燃烧发动机的12.2大体相近。
与现有3系等配备的进气口喷射发动机的最大不同是:并未配备Valvetronics,而是只采用了可变阀门正时机构“双VANOS”。稀薄燃烧发动机具有能够减少泵吸损失的效果,因此要是配备旨在获得相同效果的Valvetronics,成本将会增加,而优点相对较少。
最大输出功率为200kW(272hp)/6750rpm,与原型发动机相比,此时产生的转数高150rpm,输出功率高7hp。其它规格方面,最大扭矩为315Nm/2750rpm,与原型发动机相同,阀径在吸气侧为32.4mm,比原型发动机小1.8mm,而排气侧没变,仍为29.0。另外,发动机重量为168kg,比原型发动机增加7kg。
配备的催化剂为NOx吸附还原催化剂。NOx吸附还原催化剂在燃料中的硫磺浓度较高时,就会吸附SOx(硫磺氧化物),性能容易变差。而新发动机虽然燃效改善效果不大,不过由于在催化剂中大量添加了HC(碳化氢),在输送排气时增加了催化剂的再生次数,从而也可支持硫磺浓度较高的汽油。
全国最快自然吸气发动机
外观篇:朴实的外观掩盖了内心的狂野
从外观来看最大的改动是该车采用16寸轮毂205/5016轮胎,这主要是为了适合这台改成大马力的高尔。
另外,车身采用双色油漆,门饰条以下用的是都市灰,门饰条以上是原车的银灰色,似乎这样看起来该车更动感。由于城市灰于银灰对比色调更重一些,在静态和动态的视觉上显得该车更沉稳。这辆改装后的高尔仅仅停在路旁就与众不同,细心一点的高尔车主会发现这辆车的后刹车也由原来的毂式刹车改成盘式刹车。由于发动机的排量由原来的1.6升提升到1。8升,基本的改装原则是按照FIA(国际汽车运动联合会)的赛车改装技术标准进行的改装。从机舱观察发动机很难看出有什么改动,据缪老师讲这台发动机是从机械部分和控制部分重新进行一次匹配。
表现篇:底盘扎实提速为我独尊
对于提速是我们每个人都十分关心的,由于没有准确的测量工具所以只能估测。根据我们估算大约百公里提速为8到9秒之间,这个成绩对于一部小车来说已经十分出色了。在马路上我们曾经与一辆奥迪A41.8T比拼过提速,在整个提速过程中,由于这辆高尔安装了赛车用加强型离合器,因此起步十分迅速。A4在前段明显吃亏,中段大越相差1个车位,最终当速度达到120公里每小时时高尔还保持半个车位的领先。由于路况的限制没能继续加速,但是这样的成绩已经可以在马路上达到为我独尊的境界了。
整车在操控方面有质的飞跃。在城中穿行时的表现出来的,只有横向的移动,几乎没有明显的侧倾。且而这辆高尔开起来感觉底盘十分扎实,完全没有小车的轻飘感觉。车的软硬适中完全适合城里使用,不必刻意在意减速坡的存在。这一切完全归功于减震器的高强度阻尼系数,和弹簧的匹配。仅仅这个悬挂的调教就用去整整一个星期呀!
排气篇:采用赛车的改装技术和严格的匹配
由于提升排量又重新进行匹配,从加速时排气管的声音非常顺畅,并且脚踏油门加速发动机的响应时间非常快。这辆高尔无论在静态,还是动态都会留下无比深刻的印象。当打着火后,可以感觉出发动机清脆有力的声音仿佛一头野兽正在准备爆发。深踩油门声音随转数升高,直到仪表转数的最高值7000转/分,清脆高亢的声音呼唤出每个人潜在内心的激情。此时要特别说明,凡是看过WRC比赛的朋友都会发现WRC的赛车在收油的时候,排气管都会发出清脆的爆炸声并伴随喷射出几十公分的火焰。这辆高尔也一样有这样的效果,这一切是由于采用了赛车的改装技术、和严格的匹配。
技术篇:六大部分的赛车改装
由于采用了赛车技术改装和匹配,主要改动分以下几部分。第一,动力部分。发动机的机械运行部分在保证机械强度的条件下,尽可能的减少内耗。第二,发动机辅助部分。为了保证发动机在高强度下运行做到润滑效果,发动机运行摩擦温度控制在最佳状态(该车加装了机油喷嘴,降低了活塞顶部温度)。第三,电控部分。发动机由1。6升改成1。8升,原车的ECU需要重新匹配,在发动机过渡工况、加速工况,包括北京地区平均海拔高度系数的设定,北京地区油品及发动机的压缩比系数都要重新设定和匹配。为满足驾驶极限的需要发动机转数设定在7800转/分截断。第四,底盘部分。经过改装发动机的动力有很大提升,在加速时发动机旋转反作用力很大,所以发动机的悬置部件要重新设计制作,包括重新布置(这台车原设计,发动机部分有四个悬置点,发动机前部与前横梁之间有一个,发动机左侧、右侧各一个,变速箱与车身有一个共四个)这台车把发动机前部悬置点取消了。重新布置了三个高强度的发动机悬置部件,第五,悬挂部分。采用了德国著名的BILSTETN充气减震器和用原车的弹簧,进行了重新调整。第六,制动部分。如前述改成了盘式制动。
简说自然吸气的改装
对于自然吸气发动机(如不改为强制进气),增强动力就要靠机械方面的改装,包括提升排气量,高转速强化,加大增压比,换高角度凸轮轴。由于动力输出增加发动机工作环境会变得更恶劣,因此发动机内部部件要先进行强化,这是提升动力前必须作的工作。
内部强化
发动机在运转过程中,气缸内的温度在250℃℃~2500℃之间变化,对气缸,缸盖,气门,活塞产生相当大的热负荷。在强化上,最重要的就是活塞和连杆,选择时要考虑的重点是材质,强度与形状。锻造制品是理想的选择,其材料是铝合金,以锻压方式制成,并根据改装的需要而制成特定的形状。市面上大多热门发动机都有专用的套件,较为冷门的型号只能寻求定制了。
提升排气量
“排气量越大,动力越强”是恒古不变的道理。曾大排气量的方法有拉长活塞行程,扩大气缸直径两种。前者可通过改装连杆和曲轴实现,但较长的连杆在强度上要更加重视,和曲轴搭配组合也要精密计算。和强化部件一样,改装界的名厂也有这类增大排气量的的套件提供,包括连杆,曲轴,活塞甚至缸套等,由于设计时已做好计算,只要注意安装细节即可。至于扩缸就比较麻烦,需要先对比索要用的新活塞尺寸,烤炉活塞与气缸的间隙才能着手。市工业需要使用镗铣加工中心等设备保证足够的精细度。扩缸后气缸壁变薄,还要考虑到强度的问题对缸套进行直接加强或直接切削掉原厂缸套换上改装缸套。
高转速强化
欲加大马力,增大发动机的转速也是有效方法。这时发动机的运转平衡性就很重要了在发动机内,只要旋转的部件就要作动平衡,但原厂的平衡配重只能做到比原车断油转速稍高一点而已为了提升转速就要对曲轴进行更细致的平衡(达万转)。每缸的活塞和连杆也要在不影响强度的前提下,以车削,打磨方式达到重量均等化。高转速时得进排气效率也要改进。通过换高流量的空虑,改进进气管和换直通排气管,并对进,排气管内壁研磨与抛光,降低气体流动阻力。最后还要改装气门弹簧,进气冒让气门能跟得上发动机的高转速。
加大压缩比
在不改排气量的前提下,几大要缩比也能提供加大的动力输出。主要的方法是切削气缸头,换装高压缩比缸盖垫片,换凸顶活塞等。其中换活塞是比较简单的做法,另两种方法必须注意气门正时改变的问题。
换高角度凸轮轴
气门正时就是进,排气开启的时机。发动机实际运行中,进,排气门会有同事开启的情况,即“气门重叠”。增大气门重叠时间可在高转速是加大气缸充气效率,增大功率(低转时会损失扭矩)。对于改装车,一般强盗高转速动力输出,所以高角度凸轮轴可起到明显效果,不但气门重叠时间开启较长,还有增加气门开启深度,进一步提升高转速进气效率。换了凸轮轴必须重新调整出正确的正时,采用可调试凸轮轴正是齿带轮是必须的。
N/A发动机在大功率最直接的方式就是加涡轮。但是也要根据发动机的自身条件来安装调试。
现在好多车是不能加装涡轮的,POLO就是这种发动机,为了最求更高的功率,大众已经采用了高压比,这样发动机如果再加大缸压,就挂了。所以只能缩短曲轴与气缸活塞的连杆。
另外一种方式就是加装机械增压,这是我个人比较喜欢的一种技术,油门反映迅速,发动机反映最紧接N/A机,但是缺点就是要损耗一定发动机功率,达不到涡轮那样的功率峰值。
机械增压和涡轮增压
机械增压:
针对自然进气(NA)引擎在高转速区域会出现进气效率低落的问题,从最基本的关键点着手,也就是想办法提升进气歧管内的空气压力,以克服气门干涉阻力,虽然进气歧管、气门、凸轮轴的尺寸不变,但由于进气压力增加的结果,让每次气门开启时间内能挤入燃烧室的空气增加了,因此喷油量也能相对增加,让引擎的工作能量比增压之前更为强大,这就是增压(Charge)的基本原理。
现今运用在汽车的增压系统有两大主流
机械增压(SuperCharge)、涡轮增压(TurboCharge)
本文将机械增压方式,并分析其优缺点。
机械增压器(SuperCharge)之构造
机械增压器采用皮带与引擎曲轴皮带盘连接,利用引擎转速来带动机械增压器内部叶片,以产生增压空气送入引擎进气歧管内,整体结构相当简单,工作温度界于70℃-100℃,不同于涡轮增压器靠引擎排放的废气驱动,必须接触400℃-900℃的高温废气,因此机械增压系统对于冷却系统、润滑油脂的要求与NA自然进气引擎相同,机件保养程序大同小异。
机械增压器(SuperCharge)之特性
由于机械增压器采用皮带驱动的特性,因此增压器内部叶片转速与引擎转速是完全同步的,基础特性为:
引擎rpmX(R1/R2)=增压器叶片之rpm
R1引擎皮带盘之半径
R2机械增压器皮带盘之半径
由于各类引擎的皮带盘尺寸差异不大,同时受限于引擎安装空间,因此机械增压器的工作转速远低于30,000rpm,与涡轮增压器经常处于100,000rpm以上超高转域的情形相去甚远,同时机械增压器转速是完全连动于引擎转速,两者呈现平起平坐的现象,形成一组稳定之等差数线,而且增压器与引擎之间会互相影响,当一方运转受阻的时候,必定会藉由皮带传输而影响另一方的运作,这就是机械增压器的特性。
由于制造成本的限制,市售车辆的引擎最高转速多半维持在7500rpm以下,理想的机械增压器应该在1000rpm-7500rpm的引擎工作区域之内,产生一足够且稳定之增压值,让引擎输出提升20-40%,因此机械增压器必须在低转速就产生增压效应,通常引擎一脱离怠速区域,在1000rpm-1300rpm即能带动机械增压器产生增压效果,并延续至引擎最高转速,因此整体增压曲线是呈现一缓步上升之平滑曲线,经由供油程序与泄压阀的调整,即可达成“高原型”引擎输出功率曲线的目标。
不过看似完美无缺的机械增压系统,却有一个小问题存在,由于机械增压器的动力来源完全依靠引擎带动,而引擎的负担越轻,转速提升就越快,这就是为什么比赛用房车都事先拆除冷气压缩机的原因,若是方程式(formula)赛车,甚至连激活马达、机油帮浦都改成外部连接,以减少对引擎造成的负担,因此增压器本身的运转阻力必须越小越好,才不会拖累引擎的工作效率。
然而增压器产生的能量(增压值)与阻力成正比关系,如果一味追求增压值,虽然引擎输出的能量大增,但是相对的增压器内部叶片受风阻力也会升高,当阻力达到某一界限时,增压器本身的阻力会让引擎承受极大的负担,严重影响引擎转速的提升,因此设计师必须在增压值与引擎负担之间取得妥协,以避免高增压系统带来的负面效应。
目前欧洲生产的机械增压系统多半采取0.3-0.5kg/c㎡的低增压,着重在于低转速扭力输出与中高转速“高原型”马力输出,而台湾“特嘉”研发的新式低阻抗增压器可以产生0.6-0.9kg/c㎡的中度增压值,动力提升的幅度更为显著,虽然机械增压系统在现阶段仍然无法突破1.0kg/c㎡的高增压范围,而涡轮增压早已突破2.0kg/c㎡的超增压境界,单就效率而言,涡轮增压系统可以用“倍数”来提升引擎输出,但是两者在结构上无法相提并论。
高增压涡轮增压系统必须让引擎承受由负压转变为正压的剧烈变化与高压,因此引擎内部机件的材质与加工精密度要求很高,对于冷却、润滑系统的要求也远较一般引擎来得高,保养间隔短、手续繁杂、工作寿命短等等都是高增压值涡轮引擎的缺点。
在引擎机件维持原有形式,不用额外制造高单价精密机件的情形下,机械增压系统可以让引擎动力输出增进20-40%,又不至于造成维修体系的负担,因此各大车厂在近年都有开发机械增压引擎的计划,例如:BENZ、Jaugar、AstonMartin等等欧洲高级车厂都采用机械增压系统来延长现有引擎的生产寿命,并达成环保、省油、高效率的目标,以大幅节省新引擎的开发费用。
针对自然进气(NA)引擎在高转速区域会出现进气效率低落的问题,从最基本的关键点着手,也就是想办法提升进气歧管内的空气压力,以克服气门干涉阻力,虽然进气歧管、气门、凸轮轴的尺寸不变,但由于进气压力增加的结果,让每次气门开启时间内能挤入燃烧室的空气增加了,因此喷油量也能相对增加,让引擎的工作能量比增压之前更为强大,这就是增压(Charge)的基本原理。现今运用在汽车的增压系统有两大主流:机械增压(SuperCharge)、涡轮增压(TurboCharge)本文将机械增压方式,并分析其优缺点。机械增压器(SuperCharge)之构造:机械增压器采用皮带与引擎曲轴皮带盘连接,利用引擎转速来带动机械增压器内部叶片,以产生增压空气送入引擎进气歧管内,整体结构相当简单,工作温度界于70℃-100℃,不同于涡轮增压器靠引擎排放的废气驱动,必须接触400℃-900℃的高温废气,因此机械增压系统对于冷却系统、润滑油脂的要求与NA自然进气引擎相同,机件保养程序大同小异。机械增压器(SuperCharge)之特性:由于机械增压器采用皮带驱动的特性,因此增压器内部叶片转速与引擎转速是完全同步的,基础特性为:引擎rpmX(R1/R2)=增压器叶片之rpmR1引擎皮带盘之半径R2机械增压器皮带盘之半径由于各类引擎的皮带盘尺寸差异不大,同时受限于引擎安装空间,因此机械增压器的工作转速远低于30,000rpm,与涡轮增压器经常处于100,000rpm以上超高转域的情形相去甚远,同时机械增压器转速是完全连动于引擎转速,两者呈现平起平坐的现象,形成一组稳定之等差数线,而且增压器与引擎之间会互相影响,当一方运转受阻的时候,必定会藉由皮带传输而影响另一方的运作,这就是机械增压器的特性。由于制造成本的限制,市售车辆的引擎最高转速多半维持在7500rpm以下,理想的机械增压器应该在1000rpm-7500rpm的引擎工作区域之内,产生一足够且稳定之增压值,让引擎输出提升20-40%,因此机械增压器必须在低转速就产生增压效应,通常引擎一脱离怠速区域,在1000rpm-1300rpm即能带动机械增压器产生增压效果,并延续至引擎最高转速,因此整体增压曲线是呈现一缓步上升之平滑曲线,经由供油程序与泄压阀的调整,即可达成“高原型”引擎输出功率曲线的目标。不过看似完美无缺的机械增压系统,却有一个小问题存在,由于机械增压器的动力来源完全依靠引擎带动,而引擎的负担越轻,转速提升就越快,这就是为什么比赛用房车都事先拆除冷气压缩机的原因,若是方程式(formula)赛车,甚至连激活马达、机油帮浦都改成外部连接,以减少对引擎造成的负担,因此增压器本身的运转阻力必须越小越好,才不会拖累引擎的工作效率。然而增压器产生的能量(增压值)与阻力成正比关系,如果一味追求增压值,虽然引擎输出的能量大增,但是相对的增压器内部叶片受风阻力也会升高,当阻力达到某一界限时,增压器本身的阻力会让引擎承受极大的负担,严重影响引擎转速的提升,因此设计师必须在增压值与引擎负担之间取得妥协,以避免高增压系统带来的负面效应。目前欧洲生产的机械增压系统多半采取0.3-0.5kg/c㎡的低增压,着重在于低转速扭力输出与中高转速“高原型”马力输出,而台湾“特嘉”研发的新式低阻抗增压器可以产生0.6-0.9kg/c㎡的中度增压值,动力提升的幅度更为显著,虽然机械增压系统在现阶段仍然无法突破1.0kg/c㎡的高增压范围,而涡轮增压早已突破2.0kg/c㎡的超增压境界,单就效率而言,涡轮增压系统可以用“倍数”来提升引擎输出,但是两者在结构上无法相提并论。高增压涡轮增压系统必须让引擎承受由负压转变为正压的剧烈变化与高压,因此引擎内部机件的材质与加工精密度要求很高,对于冷却、润滑系统的要求也远较一般引擎来得高,保养间隔短、手续繁杂、工作寿命短等等都是高增压值涡轮引擎的缺点。在引擎机件维持原有形式,不用额外制造高单价精密机件的情形下,机械增压系统可以让引擎动力输出增进20-40%,又不至于造成维修体系的负担,因此各大车厂在近年都有开发机械增压引擎的计划,例如:BENZ、Jaugar、AstonMartin等等欧洲高级车厂都采用机械增压系统来延长现有引擎的生产寿命,并达成环保、省油、高效率的目标,以大幅节省新引擎的开发费用。