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涡轮增压器是如何工作的

涡轮增压器借用废气里的能量,把更多空气压进发动机。用下面的按钮看进它内部, 跟着空气和废气走一圈——从滤清器出发,一直到那份本会被浪费掉的热。

涡轮增压器 · 剖面 废气热量 → 涡轮 → 连接轴 → 压气机 → 更密的空气 空气滤清器 引入新鲜空气 压气机 压缩空气 中冷器 冷却压缩后的空气 节气门 调节空气流量 发动机 燃烧室 涡轮 由废气驱动 连接轴 涡轮带动压气机 废气门 限制增压 排气口 废气排出 新鲜空气 压缩 · 升温 冷却 · 高密度 高温废气 废气推动涡轮
发生的顺序 废气热量 → 涡轮旋转 → 连接轴 → 压气机旋转 → 更密的空气 → 更大功率
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详细说明

什么是涡轮增压器?

涡轮增压器是一种利用发动机废气能量,把更多空气压进发动机的装置。空气更多,就能燃烧更多燃油;燃烧更多燃油,就能用同一台发动机获得更大功率。它靠的正是那股否则就会被排气管直接放掉的气体。

关键在于一根共用的轴。离开发动机的高温废气推动轴一端的涡轮旋转,轴另一端的压气机也随之转动。压气机压缩新鲜空气,中冷器把压缩后升温的空气冷却回来,发动机便吞下这股密度更高的混合气。在汽车上,涡轮在起压时常常会发出哨声。

为什么要看内部?

从外面看,涡轮增压器只是拧在排气管上的一个金属蜗壳。它的两个轮子、连接它们的轴,以及控制增压的废气门都藏在里面,所以把它剖开,才能看清为什么进气和排气其实是同一台机器的两端。

有一个思路把它串在一起:本来要作为废气被扔掉的热量被收集起来,转回进气侧,变成额外的功率。而废气门,就是防止这条回路失控的安全阀。

部件及其作用

1. 新鲜空气经滤清器进入

一切从进气开始。空气被吸过空气滤清器,滤清器在灰尘到达压气机之前把它拦住。清洁的进气,是整个涡轮增压器加工的原料。

2. 压气机压缩空气

压气机是共用轴上的第一个轮子。它旋转时把空气甩向外侧,挤进更小的空间,从而升高压力。压缩空气同时会使其升温,所以离开压气机的是又热又密的混合气——比进入时更密,这正是关键所在。

3. 中冷器把它冷却下来

热空气比冷空气密度低,所以在空气进入发动机之前要经过中冷器。中冷器把热量从空气中带走;空气更凉就更密,能装进气缸的更多,发动机也更不容易爆震。

4. 节气门调节流量

经过中冷器后,带压的空气通过节气门,由它控制放行多少。节气门最终由驾驶员的右脚控制,所以由驾驶者决定这股已经建立起来的增压里,有多少真正进入发动机。

5. 发动机燃烧更密的混合气

在发动机内部,这股稠密的空气与燃油混合并被点燃。同一个气缸里进入更多空气和燃油,就意味着更大、更有力的做功冲程——涡轮费尽力气压进去的多余空气,正是换来更大功率的原因。

6. 废气推动涡轮

燃烧产生高温废气,它们仍饱含能量。这股气体被引向轴上的第二个轮子——涡轮,冲过去的同时把它带动起来。涡轮再通过连接轴带动压气机,于是发动机的余热驱动了它自己的进气供应。

7. 废气门限制增压

如果放任不管,涡轮会越转越快,压力会升得过高。废气门是一个旁通阀:随着增压升高,它打开一条通路,让一部分废气绕过涡轮,涡轮随之减速,压力便被控制在安全范围。最后,用过的气体从排气口排出。

涡轮增压器的动力从哪来?

来自废气。离开发动机的高温废气推动涡轮旋转,涡轮再通过两轮之间的一根轴带动压气机。它不消耗发动机的皮带功率,所以这份增压几乎是从废气里回收来的“免费”能量。

压气机到底做了什么?

它压缩进来的空气。同一个气缸里进入更多空气,就能燃烧更多燃油,而燃烧更多燃油就能用同一台发动机获得更大功率。

为什么压气机后面要加中冷器?

压缩空气会使其升温,而热空气密度更低。中冷器在空气进入发动机前把它冷却下来,于是能装进更多空气,混合气也更不容易爆震。

废气门是做什么用的?

它是一个旁通阀,让一部分废气绕过涡轮。随着增压升高,废气门逐渐打开,把压力控制在安全范围,而不是让涡轮越转越快。

什么是“涡轮迟滞”?

涡轮需要流动的废气才能转起来,所以踩下油门后要过一小会儿增压才到来。这段延迟就是涡轮迟滞;当发动机转速已经很高、废气流量大时,迟滞会短很多。

常见误区

涡轮增压器靠发动机皮带驱动。 发动机上会转的装置一定是皮带带动的。
它靠废气驱动。 高温废气推动涡轮,涡轮再带动压气机——完全不用皮带。
压气机把废气送进发动机。 两个轮子处理的应该是同一种气体。
它送进去的是新鲜空气,涡轮处理废气。 连接轴把两条独立的通路连在一起——一端进气,一端排气。
中冷器是把空气加热的。 多一份热就该多一份功率。
它把空气冷却,使其更密。 更凉的空气能把更多氧气装进气缸,燃烧才更有力。
免责声明:本图解为教学目的做了大幅简化,真实系统变量与复杂度远超此处。不可用于工程生产用途,也不构成金融、政治或专业建议。