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拉风利器-汽车泄压阀改装的基础知识储备

2018-08-25 08:49    艾森ECU升级(北京运营中心)


 当一辆改装车从身旁飞驰而过,我们时常会听到“嗡嗡……”的一段发动机加速声音后,又传来“呲……”的一声——这给人让人传递了冲劲十足的感觉。这声音是从那里传来的?为什么普通民用车,或者一些高性能跑车上都没有这样的声音(而一些普通的改装车却有)?

    其实这种特有的“呲……”声是涡轮增压发动机的卸压阀在卸压时所发出的声音,可以说,所有的涡轮增压发动机都会产生这种声音,只不过对于日常民用车而言,厂家在设计时会将这种声音作为噪音来处理,尽可能地将它降低。做法是将压力泄到进气歧管内,因此噪音很小。


泄压阀的实际作用

对于装配涡轮增压发动机的普通民用车而言,不仔细听一般都无法觉察到有卸压时的“呲呲”声。这就好比对于普通民用车,发动机噪音和隆隆的排气声是属于负面参数(而高性能车有时则可以强调这种声音),原厂设计时尽可能的将这种声音消除。而对于喜欢驾驶乐趣的车友,这种声音则成了激发其驾驶激情的催化剂(我们经常看见很多车的排气管被改得像炮筒一般,声音也隆隆的震天响)。

    除了激发驾驶激情以外,“炫”也是改装的诉求之一,很多人希望将自己的车改得像超高性能车,即便车子动力并不是特别强。一般来说,涡轮增压发动机发出 “呲、呲”声的大小是与增压强度相关的——大涡轮增压器更容易发出这样的声音。因此如果这种声音比较大,可以显得这台车的增压器较大,让人有很炫的感觉。

当我们踏下油门踏板加速时,节气门打开,发动机排出高温高压的废气能量推动废气涡轮旋转,当达到涡轮增压器工作时的转速(也就是使涡轮旋转在每分钟10万转以上时),涡轮增压器才将周围的空气进行压缩,使发动机进气量增加、提升发动机的动力性。

在当我们收油时,节气门开度迅速减小直至处于关闭的怠速状态,也就是说发动机不需要进气了,或者说进气管中的气流会在节气阀处受阻。但此时此刻涡轮增压器并没有停止工作!由于惯性,涡轮增压器仍然保持在每分钟10万转以上的转速继续旋转着。现在可以想象,此时的空气仍然继续被源源不断地压缩进入进气管中,如果在进气管中这部分高压空气不能被及时排走,就会使进气管中压力迅速升高,有可能造成节气门损害或进气管爆裂。

 

这时,就需要在进气管道中加装一个卸压装置,来卸掉管道中来自进气涡轮压缩后的多余高压空气。实际上泄压阀就是安装在进气管上一个阀门,用以控制增压压力。泄压阀的开闭由ECU(电子控制单元)操纵的电磁线圈控制。ECU会根据涡轮出口增压的压力高低来做出判断,一旦压力超过临界值时,就会对电磁线圈进行通电或断电控制,从而开启或关闭泄压阀。

    当卸压阀关闭时以保证进气管内有足够的进气压力为依据,当阀门打开能将多余的气体泄到大气中,减轻进气道内压力,保护发动机进气管道。所以我们听到改装车上的“呲、呲”声就是泄压阀在泄压排气时的声音。

泄压阀的分类

 

进气泄压阀一般分为内泄和外泄两种。日系车多采用外泄,称为外置式排气旁通阀。外置式排气旁通阀泄压直接排到空气中,能产生明显的泄压声。欧系车多采用内泄,称为内置式排气旁通阀。内置式排气旁通阀泄压到旁通管道中,有利于减轻再次加速时的涡轮迟滞。

内置式排气旁通阀(Internal Wastegate, 俗称Actuator),是目前涡轮系统中最常见的泄压装置,一般又被称为连动式排气泄压阀。“Actuator”直接配置在涡轮上,利用一支连杆来控制涡轮排气中的阀门,一旦涡轮压缩空气端的增压值达到限定的程度,进气压力便会推“Actuator”的连杆,使涡轮排气侧内的旁通阀门开启,部分废气不经涡轮叶轮(Turbine Wheel)直接排到排气管。这样减少“吹动”涡轮叶轮的废气流量,涡轮叶轮转速降低,同时带动压气机叶轮转速降低。因此“Actuator”既是限制涡轮最高转速的装置,也是使涡轮进气端增压压力维持一个稳定值(不会长时间过高)的装置。
 

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!
 

在某些发动机上,增压压力由电脑操纵,通过PCM使电磁线圈通电或断电来控制增压压力。有些电脑按预编程序在突然加速时,允许短时间产生较高的增压压力,以改进发动机的加速性。

特别要注意的是,泄压阀总成压力设定和校验是在专门的检验机构上进行的,不能随意变动。特别是妄图通过调高泄气压力来提高动力的做法,对发动机和增压器将是非常有害的。

进气泄压阀

进气泄压阀是一个用来释放涡轮进气管路气体的装置,目的是防止涡轮进气侧叶轮受到气流波动冲击而损坏。进气泄压阀的安装位置是在涡轮进气侧和节气门之间,如果有配备压缩空气冷却器的话,需要安装在冷却器之后的位置。当节气门迅速关闭的时候,进气管路内的气流迅速减少,并且随之不稳定并带来压力波动。

 

而此时涡轮进气侧叶轮仍然在向前转动,这个迅速的循环压力波动,会导致涡轮进气侧叶轮受到反向的冲击,从而让涡轮轴心的轴承产生很高负载,最终损坏。进气泄压阀是依靠内部的弹簧和进气歧的压力(真空)来判断节气门的开闭的。当节气门快速关闭的时候,进气泄压阀打开把进气管路内的气体迅速排到大气当中,防止产生反向压力波动损坏涡轮进气侧叶轮和轴心轴承。
 

排气泄压阀

在涡轮排气侧,排气泄压阀起到了控制涡轮压力的作用。某些商业用柴油涡轮增压引擎没有采用这一装置,这样的系统被称为自由浮动式涡轮。

 

但是,绝大部分的汽油涡轮增压引擎还是需要排气泄压阀的。一般情况下,排气泄压阀的形式分为另种,内泄式和外泄式。无论哪种方式的排气泄压阀,都是可以排出多余的引擎废气,使这些废气无法推动涡轮排气侧叶轮转动,减少涡轮排气侧叶轮的转动能量,从而达到负荷预期引擎动力输出所需要的涡轮压力值。它的作动原理和进气泄压阀类似,同样是通过内部的弹簧和涡轮压力来控制打开或者关闭的。 
 

内泻式排气泄压阀

内泻式排气泄压阀固定在涡轮排气壳体上,由盖板式阀门,摇臂,连杆和气压传动装置组成。很重要的一点是,气压传动装置需要依靠涡轮增压压力来控制,而不是真空,所以不能把它和进气歧管相连。

外泄式排气泄压阀

 

外泄式排气泄压阀一般固定在排气歧管或者头段上。外泄式排气泄压阀的优点在于泄压后的气流可以迅速远离涡轮排气侧叶片直接进入大气。大量的气流的快速排出,可以使涡轮排气背压减少,从而提高涡轮的性能。 
 


其实这种特有“呲”声是涡轮增压发动机卸压阀泄压时所发出声音,可以说,所有涡轮增压发动机都会产生这种声音,只日常民用车而言,厂家设计时会将这种声音作为噪音来处理,尽可能将它降低。做法是将压力泄到进气歧管内,噪音很小——这种泄压方式叫做内泄式。 

 

 

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