渦輪增壓器是如何工作的(下)

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【大紀元2015年11月22日訊】(大紀元記者玉山綜合編譯報導)〈續上週〉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?

渦輪增壓器的零件
渦輪增壓器的一個主要問題是,當你踩下油門時,它並不能馬上提升功率。它需要一秒鐘的時間使渦輪轉速提升。因此當你腳踩油門時會有滯後的感覺,渦輪轉速達到正常工作轉速時車子猛地向前方一衝,但是這一衝發生在你踩油門後的一秒鐘之後。

降低渦輪滯後的一種方式是降低旋轉部件的慣性,主要是降低其重量。這使得渦輪機和壓縮機,迅速加速,並提前開始提供助力。一個確定有效的降低渦輪機和壓縮機慣性方式是使渦輪增壓器更小。更小的渦輪增壓器可以更快的加速,可以提早提供助力,即便是在發動機轉速較低的時候。但是小的渦輪增壓器能夠提供的助力有限。而且,當發動機速度足夠高,有大量的廢氣排出時,有可能會使渦輪的轉速過高的風險。

大多數汽車渦輪增壓器具有一個廢氣門,它允許使用較小的渦輪增壓器,以減少滯後,同時防止高發動機轉速時渦輪轉速太快。廢氣門是一個閥,它使廢氣繞過渦輪機葉片。廢氣門自動檢測增壓壓力。如果壓力過高,說明渦輪轉速過快,因此,廢氣門打開是一部份廢氣繞過渦輪葉片,從而保證渦輪轉速不至於過高。

一些渦輪增壓器使用滾珠軸承代替液壓軸承支撐渦輪軸。但這些都不是常規球軸承 – 它們是由先進材料製成,可以承受渦輪增壓器的高速度和高溫度的超精密軸承,而且這種軸承的摩擦係數極小,使得渦輪軸可以在幾乎沒有摩擦的狀態下旋轉。使用這種軸承可以使用更小,更輕的渦輪軸,這有助於渦輪增壓器加速更快,從而進一步降低渦輪滯後。

採用現代材料科技製成的陶瓷渦輪葉片比大多數渦輪增壓器中使用鋼的葉片更輕,因此可以使渦輪加速更快,從而減少渦輪遲滯。

使用兩個渦輪增壓器及其他渦輪零件
一些發動機使用不同大小的兩個渦輪增壓器。較小的一個加速非常快,減少了延遲,而更大的一個在較高的發動機轉速下開始工作,以提供更大的助力。

當空氣被壓縮時,其溫度會升高;而當空氣加熱時,其體積又會膨脹。因此從渦輪增壓器中出來的空氣在進入發動機之前的壓力增加是由於空氣加熱的結果。為了提高發動機的動力,就要使更多的空氣進入氣缸,但不一定要更高的空氣壓力。

中間冷卻器或增壓空氣冷卻器是另一種助力組件,它們看起來像個散熱器。中間冷卻器由空氣可以通過的中間通道和外側通道組成。空氣在冷卻器內密封通道通過時,由發動機冷卻風扇吹出的外部空氣流過冷卻器翅片,從而使從中間通過的空氣降溫。中間冷卻器通過冷卻流出壓縮機的加壓空氣從而增加了發動機的輸出功率。

渦輪增壓器還有助於在高海拔地區,那裏的空氣密度較小。正常的發動機在高海拔地區輸出功率會減少,因為活塞的每一衝程,發動機得到的空氣質量較小。渦輪增壓發動機也有可能增加功耗,但不會那麼明顯,因為渦輪增壓器泵更容易壓縮稀薄的空氣。

較早的汽車化油器可以自動提高燃油供應,以配合增加的氣流進入氣缸。現代汽車燃油噴射也會做到這一點。燃料噴射系統通過氧傳感器中檢測廢氣的氧含量,以確定是否空氣 – 燃料比是否正確的。因此,渦輪增壓器加入後,燃油噴射系統將會自動增加燃料的供應。

如果在燃料噴射的汽車使用過強的的渦輪增壓器,由於控制器中的軟件的限制,可能會導致燃油系統不能提供足夠的燃料。在這種情況下,必須對軟件做相應的修改,以使渦輪增壓器達到最有效的使用。◇

責任編輯:鍾義雲

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