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带你认识增压发动机(三)涡轮增压器

时间:2018-12-14 09:44  来源:绍兴汽车网

  20世纪20年代,船舶开始配备涡轮增压柴油发动机。第二次时间大战期间,美国战机也大量使用涡轮增压,目的就是我们在第一篇提到的,解决战机在高空吸入空气量不足的问题,其中有不少都是“名机”:例如B-17空中堡垒、B - 24轰炸机、P - 38闪电和P - 47雷电这两款战斗机。

战斗机

废气的能量

  发动机在燃烧后的混合气体叫做废气,不过这个废气其实其实还是蕴藏很大能量的。正常发动全负荷工作时的排气温度大概在750-900摄氏度。排气压力视乎发动机的工作状态而定,但往往具有数倍的的大气压力值。这些废气在排气门打开的瞬间,流速可以达到500-700m/s,这个动能是相当大的,不利用可就浪费了。

涡轮增压器

涡轮增压器 原理很简单 工艺极复杂

  由于废气具备的能量依然很大,不用可就浪了。因此工程师想到了利用废气的动能,就好比水电站利用水的冲击力一样,利用废气推动增压器产生增压效果,因而得名废气涡轮增压。

  涡轮增压器的核心部件就是涡轮和压气机叶轮,这两者是通过转轴连接在一块的。涡轮增压器的工作很简单,高压废气冲击涡轮使其高速旋转,同时也就带动了叶轮高速转动,叶轮就能高速压缩空气了。这个转速非常高,现在车用涡轮增压的转速在12-20万转之间。

  涡轮的作用是将废气的动能转化为转轴的高速旋转,叶轮的作用是对空气进行压缩,因此两者的形状是完全不同的的,气流的运动方向也完全不一致。由于涡轮承受的是发动机高温高压的废气,所以对材料的要求极高。涡轮增压器

涡轮增压器的优势

  涡轮增压器的动力来源于高温高压废气,因此不会额外消耗发动机自身功率,这和机械增压器会消耗发动机7%功率的情况是完全不一样的。此外,涡轮增压器直接连接在排气管上,结构紧凑。

  “压力越大,动力越大”这是涡轮增压的真实写照。上篇我们提到过的机械增压器增压值一般在0.5bar以下(以后数据都以bar为单位),并且随着转速的提升消耗发动机的功率也越多。但涡轮增压完全没有这样的缺点,反而会因为转速的上升而更具威力。因为随着发动机转速的升高,排气压力也会越来越大,冲击涡轮的力量也更大,整个转子的转速将会快速上升,压气叶轮也能高速转动起来。

  涡轮增压则很容易超过1bar的增压值,例如高尔夫R能达到1.3。不少改装车经过缸体强化和电脑调教之后也能够轻易实现1.5的高增压值,例如十代翼豹STI原厂增压值0.9,调整发动机电脑后能够轻易达到1.5。不过我们一般购买的家用非性能车,例如家用的高尔夫1.4T,君威2.0T,增压值都远低于1,一般在0.3-0.5之间,这样可以平衡性能、油耗和发动机的寿命。从中看出,涡轮增压比机械增压的增压值高得多,相应而获得的发动机功率提升也更大。

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