汽车增压器是怎么工作的?(上)

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【大纪元2021年11月13日讯】自从内燃机发明以来,汽车工程师、汽车迷和赛车设计师一直在寻找提高其动力的方法。增加动力的一种方法是建造更大的发动机。但更大的发动机,重量更重,建造和维护成本更高,并不总是更好。

另一种增加动力的方法是使普通尺寸的发动机更高效。你可以通过强制更多空气进入燃烧室来实现这一点。更多的空气意味着可以添加更多的燃料,更多的燃料意味着更大的爆炸和更大的马力。添加增压器是实现强制进气的好方法。在此,我们将解释什么是增压器、它们的工作原理以及它们与涡轮增压器的比较。

增压器是将进气加压到大气压以上的装置。增压器和涡轮增压器都可以做到这一点。两种设备之间的区别在于它们的能量来源。涡轮增压器由废气提供动力驱动涡轮。增压器由连接到发动机曲轴的皮带或链条来驱动。

增压器基础知识
普通的四冲程发动机有一个冲程专用于进气。在这个冲程中会发生三件事:
1) 活塞向下移动。
2) 从而在气缸内产生真空。
3) 真空使大气压下的空气被吸入燃烧室。

一旦空气被吸入发动机,它必须与燃料混合形成空气燃料混合物并被雾化,火花塞通过点燃雾化的空气燃料混合物来启动这种化学反应。当燃料进行氧化时,会释放大量能量,通过燃烧的化学反应转化为有用的动能。这种爆炸的力量推动活塞向下运动。活塞运动产生的运动通过变速箱最终会传递到车轮上。

将更多的燃料注入燃烧室将产生更强大的爆炸。但是你不能简单地将更多燃料泵入发动机,因为你需要精确数量的氧气来燃烧给定数量的燃料。当怠速或恒速巡航时,混合物为 14.7 份空气与 1 份燃料。当你需要更大的动力,比如在高速公路上加速通过时,空燃比是12:1。但是,如果你想在四分之一英里内创造记录,则需要添加更多空气和更多燃料。

这就是增压器的工作原理。增压器通过将空气压缩至高于大气压来增加进气量。这会迫使更多的空气进入发动机,从而提供动力。有了额外的空气,就可以向燃烧室中添加更多的燃料,从而增加发动机的功率。增压器平均能增加了46%的马力和31%的扭矩。在高海拔情况下,由于空气密度和压力低,发动机性能会下降,增压器会为发动机提供更高压力的空气,使其能够以最佳方式运行。

与使用燃烧产生的废气为压缩机提供动力的涡轮增压器不同,增压器直接从曲轴获取动力。大多数由皮带驱动,该皮带缠绕在连接到驱动齿轮的皮带轮上。驱动齿轮又使压缩机齿轮旋转。压缩机的转子可以有多种设计,但其工作原理都是一样的,就是吸入空气,将空气挤压到较小的空间中,然后将其排放到进气歧管中。

为了给空气加压,增压器必须快速旋转,而且比发动机本身还要快。增压器可以以高达 50,000 至 65,000 转/分钟 (RPM) 的速度旋转。

以 50,000 RPM 旋转的压缩机可以将空气压力增加每平方英寸约 6 至 9 磅 (psi) 。在特定海拔处,这比大气压高 6 到 9 psi。海平面的大气压力为 14.7 psi,因此通过增压器增压会使比没有增压多约 50% 的空气进入发动机。

随着空气被压缩,它变得更热。较热的空气密度较小,在爆炸过程中不会像较冷的空气那样膨胀。这意味着当它被火花塞点燃时,它不能产生那么多的功率。为了使增压器以最高效率工作,离开排气单元的压缩空气必须在进入进气歧管之前冷却。中冷器负责这个冷却过程。中冷器有两种基本设计:空对空中冷器和空对水中冷器。两者都像散热器一样工作,通过管道或管道系统输送较冷的空气或水。当离开增压器的热空气遇到冷却器管道时,它也会冷却。空气温度的降低增加了空气的密度,这使得进入燃烧室的空气密度更高。(下周续)◇

责任编辑:钟义云

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