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[資訊] 雙增壓引擎拆解 (二)

下圖是雙增壓系統空氣管路概略圖。從圖中可看到,新鮮空氣通過空氣濾清器過濾雜質後,會先經過機械增壓器的增壓,再通過渦輪增壓器的增壓。引擎轉速從怠速到2400rpm時,機械增壓器會持續增壓,其壓力大小由調節閥控制,從2400~3500rpm,則選擇性增壓(平時增壓器離合器分離動力),例如以等速行駛時,忽然重踩油門,渦輪增壓器反應不及,機械增壓器離合器便會銜接動力,讓增壓器作用。渦輪增壓器則是不論轉速為何持續增壓,壓力大小由進器壓力控制電磁閥控制,其命令來自於引擎控制電腦。




控制電腦會依據引擎轉速、負荷來決定引擎進氣量,以產生需要的扭力。它會判斷渦輪增壓器產生的增壓是否充足,是否需要開啟機械增壓。
引擎負荷低時,控制電腦會切換至自然進氣模式。如右圖所示,調節閥全開、機械增壓器無動作,渦輪增壓器雖然有增壓,但壓力極低。




當引擎的負荷稍高且引擎轉速低於2400rpm時,控制電腦下令機械增壓離合器銜接動力,並關閉調節閥,讓機械增壓器增壓。經過機械增壓器增壓的空氣,到了渦輪增壓器,再被進一步增壓。如果節氣門全開,這裡的空氣壓力最高可達2.5大氣壓力。
機械增壓器和渦輪增壓器,如右圖所示各自有獨立的壓力感應器,控制電腦得以隨時得知管路內的增壓壓力。






當引擎轉速介於2400~3500rpm的範圍時,排放廢氣已經有足夠的量讓渦輪增壓器產生有效增壓。如果引擎沒有特殊的負荷,渦輪增壓器負責增壓工作,機械增壓器則無作用。引擎負荷如果突然增加,例如在定速行駛時,駕駛人急踩油門,引擎瞬間需要非常高的輸出,控制電腦就會啟動機械增壓器離合器,讓機械增壓作用,並調整調節閥以獲得適當的增壓壓力。






引擎轉速在3500rpm以上時,渦輪增壓器在任何負荷下均可供應足夠的增壓壓力,所以機械增壓器不會有作用。如右圖所示,機械增壓器離何氣處於分離狀態,機械增壓器無作用,調節閥全開,空氣不通過機械增壓器,而由渦輪增壓器增壓。節汽門全開的狀況下,此時的增壓壓力最高可達2.0大氣壓力。






機械增壓器的構造

下圖圖上是機械增壓器以及驅動皮帶的周邊實體圖。可以清楚看到,機械增壓器的動力來源是綜合皮帶繞經水幫浦皮帶盤,再經由機械增壓器離合器傳輸而來的。
由於皮帶盤直徑大小所產生的轉速比值,還有機械增壓器內部轉子直徑的影響,機械增壓器的轉速為引擎轉速的5倍!其最高轉速可達17500rpm。
機械增壓器內部構造如右圖中所示,其中同步齒輪與步進齒輪密封於潤滑油之中,是不可拆卸的封閉機體。它的加壓機構就是兩個對轉的轉子,最高加壓壓力值為1.75大氣壓力。
機械增壓器的壓縮原理是:上面的轉子以逆時鐘方向旋轉,下面的是順時鐘方向,兩者相互對轉,這造成入口的壓力低、體積大,所以空氣會被吸入,空氣到了出口端會被較小的容積壓縮,故產生加壓空氣。
調節閥的運作原理是:空氣會從高壓往低壓處流動,當節流閥打開時,被機械增壓器增壓的空氣會從調節閥回流,再進入機械增壓器內加壓,如此一來可減低機械增壓器的負擔,亦降低了引擎的動力消耗。







機械增壓器的隔音

運轉時會產生極大噪音是機械增壓器的先天問題,為了降低噪音,1.4TSI除了運用:改良內部齒輪、提高轉軸硬度、增強外殼強度,等積極械措施來降低噪音量之外,還使用了許多隔音材料,在空氣吸入端以及加壓端均有隔音發泡,增壓器本體也被發泡棉以及外殼包覆。
雖說如此,1.4TSI在運轉時還是會發出明顯可聞的運轉噪音;例如在2000~3000rpm機械增壓器最有可能全力運轉的轉速區域,會有明顯的" 嗡嗡"聲響。當離合器切斷時會有"喀 "的電磁閥動作聲響。這些不可避免的運轉噪音是準車主不可不注意的地方。






渦輪增壓器系統元件

就如同其他同時期的渦輪增壓器一般,渦輪增壓器、排氣歧管、壓力罐已經整合為一,其優點是車廠的生產成本較低,缺點是車主的維修成本較高。
為了保護渦輪增壓器,1.4TSI的冷卻系統備有電動幫浦,可以在引擎熄火之後保持循環,防止增壓器過熱。引擎熄火之後,最高可運轉15分鐘以上。持續增壓會產生極高的排氣溫度,排氣歧管的設計可承受攝氏1050的高溫。





進氣冷卻器
經過渦輪增壓器加壓的空器溫度最高可達攝氏200度!空氣溫度越高密度越低,燃燒效率越差。多半渦輪增壓引擎會裝置進氣冷卻器,1.4TSI也不例外。位置是空氣最容易流通的車頭前方,以獲得最佳卻效率。




機油循環管路

渦輪增壓系統需要額外的冷卻與潤滑效果,所以1.4TSI的機油循環系統與1.4FSI並不相同。
它的機油幫浦與1.4FSI一樣是以免保養鍊條驅動的雙樞型式。"雙樞"顧名思義有兩個中心軸,藉由偏心旋轉來壓縮機油,以增高壓力。
引擎轉速不可能維持恆定,使用引擎動力的本系統,輸出壓力始終維持在3.5大氣壓力上下,因為雙樞式幫浦內部有壓力調整機構控制油壓。如果油壓高於3.5bar,兩個軸心內的壓縮空間會減小,以降低輸出壓力。如果油壓低於3.5bar,壓縮空間會增加,以增加輸出油壓。








1.4TSI的冷卻系統與1.6FSI(相同)是雙迴路系統;也就是氣缸蓋與氣缸有各自的冷卻水迴路。在氣缸蓋部分,冷卻水由外環圈流向內環圈,這種流動冷卻方式稱為『橫流式』冷卻,這種方式的好處是氣缸蓋的溫度比較平均,冷卻水出口與入口溫差較小,對於氣缸蓋的保護較周全。
大約有1/3的冷卻水流向氣缸蓋,2/3流向氣缸。這種雙迴路系統的好處是:氣缸溫度上升至工作溫度的速度較快,氣缸的磨損速率較低。氣缸蓋的恆定溫度較低,冷卻效果較好,可抑制爆震的發生。



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