外置式排气旁通阀(External Wastegate, 俗称Wastegate)也被称为排气泄压阀,功能与“Actuator”大致相同,但结构与安装位置有别。结构上“Wastegate”省去了连杆和在涡轮内的排气阀门。而位置上“Wastegate”以独立方式安装在涡轮与排气管头段之间,而无须像“Actuator”那样依附于涡轮增压器本体上。一旦涡轮增压值达到设定上限,“Wastegate”排出( 可直接排向大气或导回排气管内) 多余的废气,减少“吹动”涡轮叶轮的废气流量,进而使涡轮保持稳定的增压值。“Wastegate”比“Actuator”有更大的增压容量(可配用大的弹簧)且反应灵敏,所以更适合用在大马力或高增压涡轮
发动机上,尤其是使用差异过大的Hybird 涡轮,更是必备用品!
中冷器(中央冷却器,Intercooler)位于压气机出风口与节气门之间的“散热排”。其构造有点像水箱,就是运用横向的众多小扁铝管分割压缩空气,然后利用外界的冷风吹过与细管相连的散热鳍片,达到冷却压缩空气的目的,使进气温度较为接近常温。
引擎最不喜欢高温的气体,因为高温空气会使马力下降。特别是四季炎热的亚热带地区。但由于涡轮增压器会把吸进引擎的气体进行强制压缩,从而使空气密度提高,但与此同时,空气的温度也会急剧上升。温度上升又反过来造成被压缩空气的氧含量下降。此外这股热气未经冷却即进入高温的汽缸,将导致燃油的不规则预燃(爆震),使引擎温升进一步加剧,增加了熔毁活塞的可能。
为了提升空气密度,同时兼顾空气中的含氧量,我们需要在压缩空气后(压缩程度较大)降低进气的温度。中冷器因此而产生。中冷器的面积及厚度越大,其散热能力越强。因为面积和厚度大,其内的小扁管数量、长度和散热叶片等皆随之增加,中冷器内的高温压缩空气及中冷器外的大气就有更多的接触面积及接触时间,热交换(散热)的面积和时间更充分,降温效果更好。虽然大容量中冷器有更好的冷却效能,但其加长了散热路径和增大了进气容度,会带来相对的压力损失,TurboLag 容易变大。
进气旁通阀
进气旁通阀(ReliefValve)一般又称为“进气泄压阀”。它安装在靠近节气门的进气管上,它是大部分涡轮增压
发动机出厂时原配的泄压装置。
由于涡轮是利用废气排出的力量来
驱动,当驾驶过程中收油门(如换挡、急刹车时),节气门关闭。涡轮叶片(压气机叶轮)在惯性作用下仍旧持续转动。此时因节气门的截断和叶片的继续增压所致,进气管路中(在节气门与涡轮之间)的空气压力会迅速提高。为了保护增压系统,当压力达到某一限定值后,进气旁通阀打开,把过剩的空气(压力)导回至滤清器与涡轮之间,实现降压保护的功能。
Blow-Off Valve(BOV)即俗称的“放气哇佬”,同样属于进气旁通阀。只是它一般被用作取代Relief Valve的
改装部件。其功能基本上和Relief Valve 相同,唯一的差异仅在于Blow-off Valve的阀门并不会像Relief Valve那样容易受到进气压力的影响而开启(导致进气压力下降)。而且在节气门关闭后,Blow-off Valve 是将剩余压力直接向大气释放,并非再导于
涡轮与滤清器之间再度增压。因此BlowoffValve 除了同样具有保护涡轮系统的效果外,在泄压反应上也比起原厂配置的Relief Valve 更为优异。但对于小排量或小增压的涡轮发动机来说,Blow-off Valve对再加油的动力响应会变差。另外Blow-off Valve 泄压时会产生更大的泄气声,令人听得更为兴奋,也成为涡轮增压车最为特殊的音效。
前面常常提到“Hybrid Turbine” 这个词。相信大家一定存在很大的疑问,下面我们大概介绍“HybridTurbine”这个
改装涡轮的重要名词。
由于时下市售车为了顾及运转精度、油耗、耐用性等多方面因素,在涡轮容量、增压值或者A/R 值方面通常都会采用较保守的设定。所以就改装的观点来看,原厂涡轮当然还有再升级的空间。而在进行涡轮升级的时候很多人都会感到困惑,到底是要选择能够发挥大马力的高速型涡轮? 还是要擅长反应、低转速就能发挥的扭力型涡轮?
涡轮容量的大小与
发动机的动力输出息息相关的。但发动机本身也有其自身的特性,如单凸和双凸就各有长处,选择涡轮时这些都要考虑。此外排气量也非常重要,举例来说,大排气量的引擎上装置扭力型的小容量涡轮,虽然它有低转反应佳的优点(涡轮很快出效果),但容量也很快就塞满了,转眼间涡轮转速已达最高点,压力也很难再有增加。因此到了排废气能量较大的高转区域,增压已经达到极限,造成空气过给效率不足,无法提供引擎所需的空气量。这时要它再将马力随引擎转速向上提升实在非常勉强,当然也就无法期待能有更高马力输出,这便是小型涡轮的不利点。
相反地,若是想让涡轮到高转速产生大马力才开始发挥作用,则加大涡轮本体的体积是提升增压风量最快的方法。不过,涡轮的容量越大,虽能够将越多的空气送入汽缸内,但是
驱动涡轮所需的动力也必须相对增大。也就是说,要驱动容量越大的涡轮并使其完全发挥增压效果,引擎本身也就必须具有越大的排气量。而如果在小排气量发动机上使用高出力取向的大型涡轮,在引擎废气量较小时的低转速区域,涡轮转速不易提高,增压值亦很难提升上去。所以只要叶片的转速降下去便很难快速再提升上来,这也就形成涡轮最严重的缺点涡轮迟滞(Turbo Lag)。
为了解决以上的矛盾,改装涡轮厂则推出了混种型涡轮(Hybrid Turbine)。希望在同样增压值的情况下,同时拥有大涡轮的马力优势,又拥有小涡轮的反应优势。混种型涡轮主要采用大压气机叶轮配合小涡轮叶轮的设计。这种涡轮受到改装界的青睐,日本最近流行的“Bolt-on”原厂交换式涡轮,也就是以此为设计中心的。
混种型涡轮的优点在于具有反应极快、高转马力输出良好,可兼顾全
转速域的表现。以HKS的2530 为例,就是由A/R80 的压气机叶轮再组合A/R60 的压缩轮而成。不过,这种搭配如果太过极端,很容易发生排压过大甚至是熔毁涡轮叶片的情况。解决的方法是除了使用作动灵敏的排气泄压阀、大口径排气管外,甚至还可用高强度的钛合金涡轮叶片(其轻量化的特质对涡轮反应也有帮助)。
涡轮增压重要术语及数据
理论上引擎排气量的多寡,应与涡轮本体容量的大小成正比,如果将同一颗涡轮使用在2.0 升与3.0 升两种引擎上,结果也必然会产生两种完全不同的出力特性。可是涡轮的性能又不完全依据容量来决定,这还跟轴承的设计、进排气配置、叶片的设计、进出风口径、Trim 比和重要的A/R 值等都有极大关联。
因此我们选出几个涉及涡轮的重要技术术语及数据,让你了解涡轮更加透彻。
A/R 值
“A/R 值”是压气机壳体(Compressor Housing)及涡轮壳体(Turbine Housing)的几何特性数字。R(Radius)为涡轮轴承中心到压气机出风口(或涡轮进风口)横截面(涡轮半径线绕360 度一圆周后)中心点的距离。A(Area)指压气机壳体的出风口(或涡轮壳体入风口)对应以上中心点所在的横截面积。以A 除上R 的所得两者的比例即为A/R 值。
A/R值分为压气A/R值、涡轮A/R值。一般而言压气A/R值大,较适合低增压涡轮使用。而压气A/R 值小,较适合高增压涡轮使用。但相对而言压气A/R 值的大小变化对涡轮性能的影响较小。一般的Hybrid Turbine 都在既定的压气A/R 值压气机壳体上选用不同的涡轮壳体进行搭配。而对于排气端的涡轮A/R 值就显得非常重要了。A/R 值越小,即排废气的流速较高,涡轮在低转速区域的增压反应越快,涡轮迟滞减低,涡轮也就能在较低的转速区域取得较高的增压。但同时A/R 值越小,加大了排气背压,高转速废气流量不足,使高转马力输出有限。
相对的,A/R 值越大,涡轮在低转速域的增压反应便越差,但尽管引擎的低转速增压难以上升,不过在高转速区域却可以产生更大的动力,高转高出力的倾向相当明确。总而言之,A/R 值(涡轮A/R 值)小属于低速扭力型涡轮,而A/R 值大则是高转大出力涡轮。
压气机壳体间隙
就涡轮本体的构造来看,压气机叶轮端缘和压气机壳体的间隙是个对涡轮性能十分重要的数据。该间隙能做到最小限度的话,空气充填效率可大幅提高。因为这样的话,吸入的压缩空气就不会出现逆流现象,并连带可降低进气温度,进而激发出更大的马力。所以许多
改装用涡轮
厂商都利用填充树脂或Coating 将间隙做到只有0.06mm 的超薄境界。
增压值(俗称Bar 值)是影响引擎动力的参数之一,它指的是涡轮送入引擎中的空气压力,也就是说压进
发动机的空气总量的大小。增压值一般以kg/m3、Bar 或是Psi 为单位(一般的涡轮压力表以Bar 为单位)。
涡轮的增压值越高,是否就可以榨出越大的动力呢? 如果以两个排气量与结构完全相同发动机做比较,分别把增压值设定为0.7kg/cm2 与1.2kg/cm2 的两个值。只要引擎能够提供足够的燃油供给,由于增压高的引擎能送入汽缸的空气较多,那么汽缸内的容积效率也提升,因此其动力输出更高的可能性远大于低增压那台。但请不要忘记,增压值高低不是绝对的动力输出高低的唯一指标。
即使是同样大小的涡轮,同样的叶轮形状、同样的A/R 值设定等,涡轮的特性也可以利用“Trim”比来修正。举例来说,若装置的是低转速进风量不足的大型涡轮,就算不增加涡轮容量,通过减少Trim 比,也可以在某种程度上改善低转速区域的输出。
Trim 比指轮叶的小圆周直径(Inducer)与外圆周直径(Exducer)相除的平方×100(Trim=(Inducer2/ Exducer2)×100)。用来表示涡轮送风量的物理极限,有些单指压气机。而若指涡轮的Trim 比则大小圆直径对调进行计算。
压气机的Trim 比数字越大,便能压进更多的空气。所以,在各
品牌的涡轮目录中,准备了许多尺寸相同,但Trim 比却不一样的压气机壳体,用意即在于让
改装者根据性能需求来选购。在涡轮容量相同的情况下,使用Trim 比较大的壳体,引擎转速相同时,可以得到更高的增压。但不是Trim 比大就一定好。Trim 比大了,低转空气流量减少时,就容易发生压力回馈,气体剥离等缺点。因此最好还是要从压气机壳体的压缩比例、所需的空气流量、预算得到的马力等来判断出最佳的Trim 比,进而可选出适合的压气壳体。