渦輪增壓器是如何工作的(上)

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【大紀元2015年11月15日訊】(大紀元記者玉山綜合編譯報導)當人們談到賽車或高性能跑車時,人們通常都會談到渦輪增壓器。渦輪增壓器也用在大型柴油發動機上。渦輪可以顯著提高發動機的功率而不會顯著增加其重量,因此使的渦輪增壓器廣受歡迎!

那麼,渦輪增壓器工作原理是甚麼呢?它是如何提高發動機的動力輸出而又不使發動機工作在極端條件下?

渦輪增壓器是一種強制進氣系統,它壓縮空氣並將其導入引擎。壓縮空氣的優點在於,它可以使發動機吸入更多的空氣到氣缸裡,更多的空氣意味著可以加入更多的燃料。因此,每個氣缸每次爆炸都可以獲得更多的動力。整體而言,渦輪增壓發動機,相比於沒有渦輪增壓的發動機可以輸出更大的動力。這可以顯著提高發動機的功率重量比。

為了達到這個目的,渦輪增壓器利用發動機排出的廢氣推動渦輪機轉動,從而帶動空氣壓縮機。在渦輪增壓器的渦輪機旋轉速度每分鐘(RPM)可達15萬轉 – 這比大多數汽車發動機的轉速快大約30倍。並且由於它被安裝在排氣系統中,渦輪機的溫度也非常高。

渦輪增壓器和發動機
毋庸置疑,使發動機輸出更多功率的最可靠的方法就是增加進入發動機氣缸空氣和燃料。這樣做的一種方法是增加活塞的直徑,使氣缸更大。但是有些時候,這種方法可能行不通。渦輪是一種更簡單,更緊湊的來增加動力的方式,特別是對於售後市場。

渦輪增壓器使得發動機可以吸入更多的燃料和空氣進入汽缸。典型的渦輪增壓器可以將進入發動機的空氣壓力升高6至8磅每平方英吋(PSI)。由於正常的大氣壓力為14.7PSI(海平面上),因此渦輪增壓器可以將使沒有增壓時多約50%的空氣進入發動機。因此,你有望將發動機的輸出功率增加50%。考慮到效率等各種因素,最終你會得到30~40%的改善。

使效率降低的一個原因是推動渦輪機轉動也是需要能量的。在排氣系統中增加一個渦輪機也限制了排氣效率。這意味著,在排氣衝程中,發動機有較高的背壓。這也會使發動機的輸出功率有所下降。

渦輪增壓器的設計
渦輪增壓器用螺栓固定在發動機的排氣歧管上。氣缸排出的廢氣推動渦輪旋轉,其工作方式類似於燃氣渦輪發動機。渦輪機鏈接到壓縮機並帶動其轉動。空氣壓縮機位於空氣過濾器和進氣歧管之間並將其連接起來。壓縮機將進入氣缸的空氣加壓。

為了保證渦輪軸可以在高達15萬轉每分鐘的情況下正常工作,渦輪軸的支撐設計必須非常謹慎。大多數軸承在這樣的轉速下會爆裂,所以大多數渦輪增壓器採用液壓軸承。這種類型的軸承支撐在薄薄的一層油膜上。這有兩個目的:一是它可以冷卻渦輪軸和一些其他的渦輪增壓器部件,其二是它的摩擦係數極小。

空氣通過渦輪增壓器加壓後進入氣缸缸,然後由活塞進一步壓縮,這提高了爆震的危險。發生爆震是因為空氣壓縮後溫度會升高,當溫度高到不需要火花塞點火就可以使燃料燃燒,這就是爆震。有渦輪增壓的汽車發動機需要用更高辛烷值燃料,以避免爆震。如果增壓壓力非常高時,必須降低發動機的壓縮比以避免爆震。◇

責任編輯:鍾義雲

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