汽車增壓器是怎麼工作的?(上)

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【大紀元2021年11月13日訊】自從內燃機發明以來,汽車工程師、汽車迷和賽車設計師一直在尋找提高其動力的方法。增加動力的一種方法是建造更大的發動機。但更大的發動機,重量更重,建造和維護成本更高,並不總是更好。

另一種增加動力的方法是使普通尺寸的發動機更高效。你可以通過強制更多空氣進入燃燒室來實現這一點。更多的空氣意味著可以添加更多的燃料,更多的燃料意味著更大的爆炸和更大的馬力。添加增壓器是實現強制進氣的好方法。在此,我們將解釋什麼是增壓器、它們的工作原理以及它們與渦輪增壓器的比較。

增壓器是將進氣加壓到大氣壓以上的裝置。增壓器和渦輪增壓器都可以做到這一點。兩種設備之間的區別在於它們的能量來源。渦輪增壓器由廢氣提供動力驅動渦輪。增壓器由連接到發動機曲軸的皮帶或鏈條來驅動。

增壓器基礎知識
普通的四衝程發動機有一個衝程專用於進氣。在這個衝程中會發生三件事:
1) 活塞向下移動。
2) 從而在氣缸內產生真空。
3) 真空使大氣壓下的空氣被吸入燃燒室。

一旦空氣被吸入發動機,它必須與燃料混合形成空氣燃料混合物並被霧化,火花塞通過點燃霧化的空氣燃料混合物來啟動這種化學反應。當燃料進行氧化時,會釋放大量能量,通過燃燒的化學反應轉化為有用的動能。這種爆炸的力量推動活塞向下運動。活塞運動產生的運動通過變速箱最終會傳遞到車輪上。

將更多的燃料注入燃燒室將產生更強大的爆炸。但是你不能簡單地將更多燃料泵入發動機,因為你需要精確數量的氧氣來燃燒給定數量的燃料。當怠速或恆速巡航時,混合物為 14.7 份空氣與 1 份燃料。當你需要更大的動力,比如在高速公路上加速通過時,空燃比是12:1。但是,如果你想在四分之一英里內創造記錄,則需要添加更多空氣和更多燃料。

這就是增壓器的工作原理。增壓器通過將空氣壓縮至高於大氣壓來增加進氣量。這會迫使更多的空氣進入發動機,從而提供動力。有了額外的空氣,就可以向燃燒室中添加更多的燃料,從而增加發動機的功率。增壓器平均能增加了46%的馬力和31%的扭矩。在高海拔情況下,由於空氣密度和壓力低,發動機性能會下降,增壓器會為發動機提供更高壓力的空氣,使其能夠以最佳方式運行。

與使用燃燒產生的廢氣為壓縮機提供動力的渦輪增壓器不同,增壓器直接從曲軸獲取動力。大多數由皮帶驅動,該皮帶纏繞在連接到驅動齒輪的皮帶輪上。驅動齒輪又使壓縮機齒輪旋轉。壓縮機的轉子可以有多種設計,但其工作原理都是一樣的,就是吸入空氣,將空氣擠壓到較小的空間中,然後將其排放到進氣歧管中。

為了給空氣加壓,增壓器必須快速旋轉,而且比發動機本身還要快。增壓器可以以高達 50,000 至 65,000 轉/分鐘 (RPM) 的速度旋轉。

以 50,000 RPM 旋轉的壓縮機可以將空氣壓力增加每平方英寸約 6 至 9 磅 (psi) 。在特定海拔處,這比大氣壓高 6 到 9 psi。海平面的大氣壓力為 14.7 psi,因此通過增壓器增壓會使比沒有增壓多約 50% 的空氣進入發動機。

隨著空氣被壓縮,它變得更熱。較熱的空氣密度較小,在爆炸過程中不會像較冷的空氣那樣膨脹。這意味著當它被火花塞點燃時,它不能產生那麼多的功率。為了使增壓器以最高效率工作,離開排氣單元的壓縮空氣必須在進入進氣歧管之前冷卻。中冷器負責這個冷卻過程。中冷器有兩種基本設計:空對空中冷器和空對水中冷器。兩者都像散熱器一樣工作,通過管道或管道系統輸送較冷的空氣或水。當離開增壓器的熱空氣遇到冷卻器管道時,它也會冷卻。空氣溫度的降低增加了空氣的密度,這使得進入燃燒室的空氣密度更高。(下週續)◇

責任編輯:鍾義雲

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