关于涡轮你必须知道的事

在当下这个能源越来越紧张的时代,为了能够更好的适应这个大环境,汽车厂商们纷纷钟爱起了涡轮,因为涡轮确实解决了降低排量增大马力的效果。涡轮也经过了几十年的发展,现在的涡轮技术越来越成熟,几乎可以做到和发动机同寿命。了解汽车的朋友们相信大家对涡轮的基本工作原理也是大概了解的,所以咱们今天不主要分享涡轮基本工作原理,咱们今天换一个角度,从另一个角度出发,分享一下怎么选择涡轮。在这个涡轮当道的年代,一颗优秀的涡轮可以大大提升发动机的性能,咱们今天就从改装的角度,聊一聊如何选择一颗让自己满意的涡轮,做到自己心目中的马力。
咱们还是拿盖瑞特涡轮来说事,盖瑞特可没给我充值,不过哪一天也许被盖瑞特无意看到此文了,或许我能管它要点赞助广告费也说不定,哈哈哈,言归正传,下面是一颗标准的盖瑞特涡轮

       

  为了能够更好的理解涡轮,还得先了解以下几个几何参数。

1.A/R

A/R值,A是Area(面积)的意思,指的是叶片涡轮接受废气的侧 入口最窄处的横截面积,R是Radius(半径),指的是A(横截面积)的中心点与涡轮本体中心点的距离,面积与两中心点距离的比值,就是A/R值。

A/R值越小,表示入口相对较小而涡轮叶片的起动惯性低,流速相对高,低转反应比较好,涡轮迟滞效应不明显。反之,A/R值越大入口较大,叶片惯性高,低转反应比较迟钝,涡轮迟滞较明显,但在高转时表现则刚烈得多。

2.Trim 值

Trim 比指轮叶的小圆周直径与外圆周直径相除的平方×100(Trim=(Dp\Dg)^2×100)。如图所示,一目了然。

Trim的值在0~100之间,常用的TRIM数据如:45、50、55 等等,使用Trim值较大的壳体,引擎转速相同时,可以得到更高的增压值,但不是Trim值大就一定好。Trim值大了,低转空气流量减少时,就容易发生压力回馈,气体剥离(低转空气流量不足,使得压气机前端的气压大于吸进去的压力导致中段出现“真空”的状态)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 值,进而可选出适合的压气壳体。

3.涡轮MAP图

要学会选涡轮就要先会看压气机MAP图,图中横坐标代进气量,纵坐标代表压力比值,图线区域最左边的Surge Line代表超压线,在进气量不够的条件下想要实现大增加比率是不现实的,这样会超压还会损坏涡轮,与超压线对应的是右边的Choke Line气堵线,超压是不够气,那么气堵就是气太多了,而图线中间的圈圈区域就是压气机的效率,工作时,越靠中间越合适;贯穿圈圈的横线则代表涡轮的转速,当然转速越高,压力越大。

知道了以上三个参数,咱们就能利用MAP图选择涡轮了。下面举一个简单例子。

比如我有一台2.0排量的车,想要加装涡轮达到400匹,该怎么选涡轮?选涡轮不是越大就越好,在选涡轮前先弄清楚:发动机最高转速?每台发动机都有转速限制,即转速表上的红区。咱们这里的目标马力是400匹,这里大气压力和温度?即气温和气压,在高海拔地区影响较大。没有海拔的地区就是一个标准大气压,即14.7psi。

发动机填充效率?一般4气门发动机的填充效率可达95-99%,比2气门的要高(88-95%)。

进气歧管温度?这和中冷有关,一般温度都维持在40-60度之间。

BSFC燃油效率,即输出马力所需要的油耗,一般在0.5-0.6之间。

以上都是一般车辆的基本设定,这些设定不会差的太多,所以具有很强的参考依据。

先来计算进气量,Wa=HP*A/F*BSFC/60,HP=400、空燃比A/F取12:1、BSFC取0.55,带入公式Wa=400*12*0.55/60=44lb/min,即每分钟需要吸入44磅的空气。公式中可看出马力越大需要的进气量就越大。

那么2.0的发动机达到400匹需要多大的歧管压力呢?我们接着算:

进气歧管压力MAP=[Wa*R*(460+Tm)]/Ve*(N/2)*Vd,Wa=44、空气常数R=639.6、Tm是华氏度=130F(55度)、发动机填充效率Ve=95%、转速N=7000、排量Vd=2.0*61.02=122.04 CI,带入公式得出进气歧管压力MAP=40.7 psi,相对压力为40.7-14.7=26psi,差不多1.73个bar;也就是说要达到400匹马力需要打1.73公斤的压力。

进气量和增压值都算出来后,将压力换算成压力比值,压力比值=压气机出口压力/压气机入口压力,压气机出口压力=歧管压力+损失的压力,损失的压力来自于管道的布置、长度、平滑度等,我们取2psi;压气机入口的压力=大气压-进气损失,进气损失来自空滤或是冬菇头,我们取1,带入算式得出压力比值=(40.7+2)/(14.7-1)=3.5。自此,在MAP图里横坐标的值为40.7,纵坐标的值为3.1,然后就可以用这这两个值去选择涡轮的型号和大小了。

咱们先看看GT2860R这颗涡轮

上述计算所得的坐标点在红色箭头所在位置,显然脱离了map图的核心区域,落到了最右侧chokeline以外了,这说明所选的涡轮偏小,不能满足400 马力的既定目标。

咱们再看看GT3071R这一颗涡轮,

由以上计算,可以得到坐标点为红色箭头位置,由此可知点落在了MAP图的安全效率岛内,而且有非常高的充气效率,是合适的选择。

咱们再看看另外一颗GTX3076涡轮

坐标点落在了靠近surgeline的位置右侧,基本上快要到达surgeline边界了,这说明这颗涡轮偏大了,有点吹不动的意思,所以综上所述,比较理想的涡轮型号就是GT3071R。

所以说改装本来就是件严谨的事,涉及到动力更是如此,选涡轮是并不能随便乱来,即使同一款涡轮也有很多不同的A/R和Trim,涡轮特性也会不同,根据实际调教所设定的A/F、BSFC等参数,总之,这是一项综合的,理论联系实践的工程,最终还是要在实践中检验理论的正确与否。希望这一篇小小的文章可以打开大家的思路,使得大家对汽车的爱好从感性变得更加理性,也更加的富有探索精神......

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