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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。