增压技术传动系统

增压技术工作过程

这里传动系统我们主要来说说变速箱和最终传动比。

我们先来看看一部引擎是如何带动一辆车（大部分车的重量都超过1吨啊！）。前面已经讲过，引擎产生的推进能量只有扭矩，那么“矩”怎么变成“力”呢，很简单！除以一个距离就可以了！举个例子，头文字D中经过改装的AE86，大约有15KgM的扭矩，而他的后轮尺寸为185/60 R14（半径41cm），15/0.41=36.6公斤的力量！！！可能你已经发现了，引擎施加给后轮的力之有每只36.6公斤，换算成标准单位只有358牛顿米，那怎么带动重量接近1吨的AE86呢？而且引擎的转速有7000转，那后轮也要跟着每分钟7000转？幸好有了“齿轮”，一切得以改变。

利用不同大小的齿轮相连搭配，可以将传到轮胎的转速度降低，同时将扭矩放大。扭矩和转速从小齿轮传递动力至大齿轮时，转速降低的比率以及扭矩放大的倍数，都恰好等于两齿轮的齿数比例，这个比例就是所谓的“齿轮比”。举个例子，小齿轮20齿，大齿轮80齿，当小齿轮以1000转/每分钟旋转，扭矩100牛顿米时，经过小齿轮到大齿轮的传递，转速降到了250转，而扭矩增大到400牛顿米，这就是引擎扭矩经过变速箱和差速齿轮放大的原理。

我们知道一部车上有2组负责传动的齿轮，一组是变速箱，另一组是差速齿轮（差速齿轮的作用同时也在于控制汽车转弯时，内侧轮胎于外侧轮胎旋转速度的不同，使外侧轮胎更快的旋转，以适应转弯）（差速齿轮的齿轮比又被称为“最终传动比”）。所以，汽车中引擎产生的扭矩被放大的比例就是这2者的乘积。依旧以上面的AE86来说。如果一档齿轮比为3.250，最终传动为4.058，而引擎的最大扭矩为15.2kgm/5200rpm（RPM为转速单位，转/每分钟，转速的概念在后面会讲到），于是我们可以算出第一档的最大扭矩经过放大后为15.2*3.250*4.058=200.47，比原引擎放大了13倍。此时再除以轮胎半径约0.41m，即可获得推力约为488.95公斤。而此时转速却降低了13倍，变成了400转，大致计算出轮胎的周长0.528米，好了，这样就算出了这个转速下，每分钟车只能跑211米。

增压技术其他

由上面的讲解，我们大概应该知道了，调整一部车的传动比就可以调整这部车更偏重加速能力还是极速能力。传动比越大，加速越快；传动比越小，极速越高。再来看“加速靠扭力，极速靠马力”这句话时，又有了新的认识，车的表现是综合性的，绝不是仅仅引擎的较量，再好的引擎没有良好的传动，依然不能发挥其优越性。

U2中给与我们传动系统的调校还是比较充裕的，我们不仅可以调整最终传动比，还可以调整每个档位的传动比。如果一辆车的加速性能很差，那么可以将最终传动比调向加速度，同时可以将1、2档的传动比增大（向左调）。但在调校是有一点需要注意，如果相邻2个档位之间齿轮比相差越大（1、2档除外），在换档之后转速下降的越多，如果齿轮比相差过大会导致换档后加速不顺畅。调整时最好可以使得低1档绿线的尾端和高1档绿线的头端相交错，不到或者超过太多都会使得两个档位的传动比相差过大。2100433B

与涡轮增压不同的是，机械增压不利用引擎的废气，而是直接将皮带连接在引擎上，所以它的增压功率和引擎的转速成正比，同时没有涡轮增压的延迟问题。但由于皮带直接连接在引擎上，也增加了引擎的负担，引擎的转速越高负担就越重，最终在高转速下机械增压会拖累引擎，所以一般高性能的跑车都不会装机械增压。

U2中提供了一个对涡轮的调校项目。从引擎片中我们已经知道，引擎的表现很大程度上取决于高转速下扭矩的输出，同时涡轮增压在低转速是不能发挥功率，所以调校时推荐在3000转以下不要使用涡轮增压，而在引擎的峰值扭矩之后所有的转速区域内将涡轮增压调至最高，这样可以有效利用涡轮增压的高速下发挥的威力，同时避免了低转速的Turbo-Lag效应。

为了解决Turbo-Lag的问题，工程师们想出了一个法子。那就是偏时点火系统（头文字D中似乎称为无点火系统）。正常的引擎点火是在活塞运动到上死点时点火，但是“偏时点火”是在收油换档时停止点火动作，刻意让汽油在排气门开启后进入排气头端，有短期温度极高，汽油一旦接触立即爆炸，会产生“碰碰”的爆炸声。强大的爆炸力会推动涡轮机的排气叶片，连动使得涡轮机内的增压段叶片高速运转，继续增压，即车辆在低速或是换档收油时都能有增压效果。强大的爆炸火焰也会顺着排气管一路冲向尾管，产生一串串火焰从尾管喷出。但偏时点火系统对引擎气缸头段连同涡轮叶片承受极大的压力，一般只有在不计成本的比赛中才使用，市售车不会使用。不过偏时点火系统产生的尾管火焰颇为抢眼，有些改装车在尾管装了个很奇怪的东西，当车手踩下油门时也会自动帮你喷个火，颇像偏时点火系统。但一般汽车安装这种装置很不妥，万一吓倒路人或者烧到别人就不好了 -_-!!!

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，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，涡轮有带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和增加发动机转速，即能增加输出功率。

Turbo-Lag，由于涡轮增压是利用引擎的废气来作为原动力的，所以在低转速时由于排气量不大，涡轮的工作效率就非常低。当驾驶着踩下油门的时候涡轮是随着转速的提高而提高，这常常给人一种涡轮滞后的感觉，非常不舒服。

目前主要的涡轮增压技术有混流式涡轮增压技术、可变涡轮增压技术、两级涡轮增压技术、电辅助涡轮增压技术。

涡轮增压（1）混流式涡轮增压技术

混流式涡轮也称斜流式涡轮，是一种介于径流式涡轮和轴流式涡轮的一种中间形式。如图2所示，由于叶片进口倾斜，使得气流能很好地适应叶型的变化而平缓地过渡至轴向，并且可以有效地防止叶轮出口外径增大带来的轮缘处气流脱离现象，使叶轮的内部流场大为改善，与同样轮径的径流式涡轮相比，流通能力增加约40%，可以满足涡轮增压器向高速、大容量变化发展要求。世界各国最新车用增压器产品上，已采用大容量混流式涡轮和宽流量范围的前倾后弯压气机来获得高效率的增压器性能。

涡轮增压（2）可变截面涡轮增压技术

涡轮流通部分起作用的共有三处截面，即涡轮进气截面、蜗壳出口环形截面以及叶轮出口截面。其中叶轮出口截面处调节因实现起来较为复杂且易造成较大损失，调节效果不如前两者，故一般不予考虑。基于此可变涡轮增压器有两种结构，即可动舌片增压结构和可变喷嘴增压结构。对于无叶径流式涡轮机，采用可动舌片增压结构。如图3所示，在涡轮进气截面后加摆动舌片，通过舌片的摆动，改变蜗壳的面径比A/R值，对进气量进行调节。在发动机低速时，减小A/R值，提高涡轮转速，增加进气压力；当发动机转速较高时，增加A/R值，提高进气量，保证发动机的动力输出。可动舌片增压结构简单，调节方便，易实现自动控制，但由于流动损失较大且调节范围有一定限制，增压器总效率低。

对于有叶径流式涡轮机，采用可变喷嘴增压结构。此结构主要适用于在大排量重型车用涡轮增压发动机。如图4所示，涡轮外围的叶片就是可变喷嘴叶片，在发动机低速或怠速时，喷嘴叶片关闭或开度很小，增加进气压力，从而提高发动机的低速转矩和响应性；当发动机转速较高时，喷嘴叶片全开或开度加大，提高进气量，保证发动机的动力输出。但可变喷嘴涡轮增压器仍不能彻底消除涡轮迟滞问题，在设计和制造上难度较大，生产成本高。

涡轮增压（3）二级涡轮增压技术

二级涡轮增压技术，就是在发动机进气系统中采用两个相互独立的涡轮增压器，实现增压器与发动机在更大工况范围的良好匹配的一种技术。如图5所式该涡轮增压系统由一大一小两个涡轮增压器串联搭配而成。在发动机低速时，只有一个质量小的涡轮增压器工作，这时较少的排气即可驱动这只涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，改善发动机的低速转矩和涡轮迟滞问题。当发动机转速较高时，质量大的涡轮增压器开始介人工作，提高进气量，保证发动机的动力输出。

二级涡轮增压技术在提高发动机动力性和加速性的同时，可以改善涡轮迟滞现象，但与单级系统相比，在部分负荷时采用二级增压系统增压比下降快，使得发动机低负荷性能恶化。此外，二级涡轮增压器结构复杂，制造成本较高。

涡轮增压（4）电辅助涡轮增压技术

如图6所示，电辅助涡轮增压系统主要增加了电动机/发电机、电路控制单元、电池、高功率逆变电源和一些传感器。其中，电控单元和电池可与发动机共用。在发动机低速时，电控单元发出控制信号，电机启动驱动压气机工作，电池中储存的电能转化为压气机的动能，增压进气压力，改善发动机的加速性和低速转矩问题。当发动机转速上升到一定程度，压气机能够提供足够的空气时，电机就可以关闭或脱开。当发动机在高速大负荷工况时，电控单元发出控制信号起动发电机，回收涡轮能量中的一部分，通过发电机转化为电能储存在蓄电池中心。电辅助技术改善了发动机的低速转矩和涡轮迟滞问题，降低了燃油消耗率，扩大了发动机的高效、经济区域。但由于辅助电机加人使得转动惯量增加，对电机转子结构和增压器轴提出了很高的要求。

为解决发动机低速转矩和涡轮迟滞等问题，降低燃油消耗率，减少有害物的排放。涡轮增压技术主要向以下三个方向发展：

涡轮增压（1）可变混流式涡轮增压技术

可变混流式涡轮增压技术综合了可变截面涡轮增压技术和混流式涡轮增压技术。事实证明：使用可变喷嘴涡轮增压器后能够有效的改善发动机低速转矩和涡轮迟滞问题，降低有害物的排放。而混流式涡轮则在高转速、小型化、大容量的发展方向下较径流式涡轮有着较为显著的优点。因此，将可变喷嘴与混流式涡轮结合，设计出可变混流式涡轮增压（VN-MT）成为目前增压器的研究方向之一。

涡轮增压（2）可变二级涡轮增压技术

可变二级增压技术融合了可变截面涡轮增压技术和二级涡轮增压技术，极大拓宽了增压器高效流量范围，在重型柴油机和高性能轿车柴油机上都有良好的应用前景。如图7所示，在发动机低速时，调节阀关闭，所有废气先经高压级涡轮膨胀，再经低压级涡轮膨胀；当发动机在高速大负荷工况时，调节阀打开，部分废气不经高压级涡轮而直接经低压级涡轮膨胀后排出，以降低高压级涡轮功，从而降低高压级压气机压比，使总进气压比不超过设定值。

此外，对于高原柴油机，由于空气密度较低，进气量减少，只采用单级涡轮增压技术不能够满足柴油机动力性要求。可变二级涡轮增压技术可以使发动机在全海拔具有最佳的动力性和燃油经济性。可以认为可变二级增压技术是提高发动机的升功率、低速转矩，满足未来严格排放法规和满足未来高功率密度发动机需求的重要技术。

涡轮增压（3）复合增压技术

复合增压技术同时采用机械增压技术和涡轮增压技术，理论上可以彻底消除涡轮迟滞问题。但由于复合增压器结构复杂，因此长期以来在应用上受到一定的限制，一般只用在二冲程柴油机和一些特殊场合。如图8所示，在发动机低转速时，用机械增压器提供进气，从而消除涡轮介人前由于压缩比不够高造成的功率下降问题；当发动机转速达到一定程度，涡轮完全启动后，机械增压器自动断开，由涡轮增压器提供进气。复合增压型发动机很好地发挥了机械增压技术和涡轮增压技术的优点，在发动机全工况范围，提高发动机的输出功率和输出转矩，彻底消除涡轮迟滞问题，它代表着未来涡轮增压技术的发展方向。

柴油机中间冷却技术的类型分两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也就是用外界空气冷却。当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。因此，汽车柴油机大都采用空气冷却式中冷器。