车辆是由许多部件组成的复杂机器,以确保完整的功能。尽管许多人只看到整个机器,但每个部件在机器的工作原理中都起着关键作用。对于汽车来说,每个部件都需要格外小心,以确保驾驶员安全且可驾驶。涡轮增压器是其中一个重要部件。涡轮增压器提高了汽车、飞机、船舶和重型机械的容量,任何对其感兴趣的人都必须阅读本指南,了解涡轮增压器的工作原理。您将看到涡轮增压器的历史如何将其角色塑造成今天的动力执行者。
什么是涡轮增压器
涡轮增压器是涡轮驱动的强制进气装置,可将空气引入内燃室,以提高发动机的效率和功率。这是因为压缩空气比单独来自自然吸气发动机的大气压按比例将更多的燃料移入燃烧室。重要的是要知道涡轮增压器不是机械增压器。机械增压器是发动机驱动的装置,而涡轮增压器是通过发动机的废气进行涡轮驱动的。一些汽车制造商选择双增压器,其中同时使用涡轮增压器和机械增压器。
十九世纪使用强制进气后,涡轮增压器于 1915 年以带有排气驱动涡轮和普通轴装压缩机的星形发动机的形式出现。其最初的目的是减少飞机发动机随高度变化的功率损失,但在这次应用中失败了。十年后,经过在飞机上的其他试验,第一个涡轮增压器成功安装在柴油发动机上。这极大地增加了功率输出,制造商为船舶、轨道车、飞机和其他大型机器生产它们。涡轮增压器直到 20 世纪 50 年代才用于汽车,当时汽车制造商注意到许多车型的功率输出存在滞后现象。这需要一个新的、缩短的涡轮增压器来适应汽车的设计,但数量仍然有限。 20 世纪 70 年代,由于环境问题和高能耗的新法规要求汽车制造商减少车辆的燃油和废气排放,涡轮增压器成为汽车生产中的常规补充。
怎么运行的
涡轮增压器的工作原理是通过涡轮压缩空气到发动机前部。这使得燃料能够正常燃烧,废气将多余的空气推入气缸,使它们燃烧更多的燃料。涡轮增压器每秒比自然吸气发动机提供更多能量。想象一下安装在金属轴(称为中心轮毂旋转组件)上的两个风扇,它们一起旋转。一个风扇(涡轮机)将热空气吹过另一个风扇。然后,另一个风扇(压缩机)将旋转,轴随之移动。这些部件位于冷空气进气口内,因此当旋转组件旋转时,它将空气冷凝到发动机气缸中。从那里开始,压缩气体的密度低于车辆使用的理想密度。热空气燃烧燃料的效率不如冷空气,因此以某种方式冷却空气很重要。一旦这些热气体通过压缩机中的热交换器,它就会冷却下来,任何多余的热空气都会流到其他地方。
因此,了解涡轮增压器与机械增压器的区别非常重要。机械增压器与涡轮增压器类似,但有一个关键区别。涡轮增压器依靠废气来转动,而汽车的曲轴则转动增压器。然而,这可能是一个缺点。当曲轴为增压器提供动力时,它会消耗更多的燃料。因此,机械增压器使用更多的燃料,而涡轮增压器则节省并减少总燃料输出。然而,更多的燃料意味着更多的动力。涡轮增压器通过压缩机中的能量为汽车提供更多动力。与普遍看法相反,节省的燃料并不能提供额外的动力。相反,压缩空气迫使发动机燃烧更多燃料并提供更多动力。您获得多少额外动力取决于发动机的尺寸、涡轮增压器的尺寸以及所使用的燃料类型。因此,单独使用涡轮增压器可以提高动力,但存在限制因素。其他组件,例如发动机尺寸和消耗的燃料类型,也会增加功率输出。
可能会出现什么问题
涡轮增压器是增加车辆动力的好方法,因此使用涡轮增压器有很多优势也就不足为奇了。涡轮增压器可以在大多数车辆中与燃气或柴油发动机一起使用。如前所述,您将增加每秒的功率输出。虽然看起来您在这个过程中燃烧了更多的燃料,但涡轮增压器又小又轻,这意味着它们在这个过程中使用更多的燃料动力而无需燃烧更多的燃料。这对于汽车制造商来说有很多好处。涡轮增压器产生的额外动力使较小的发动机(如 V6)的性能更强大(如 V8)。这可以节省大量燃料,同时仍然可以提供更高功率发动机的动力输出。更不用说,涡轮增压器使用氧气来燃烧燃料,这比正常情况下产生的空气污染更少。
尽管如此,仍有一些问题需要注意。所有发动机均未采用涡轮增压的主要原因之一是,与传统发动机、电动发动机或混合动力发动机相比,涡轮增压发动机的燃油经济性较低。此外,涡轮增压器也可能发生故障。它们是昂贵的维修部件,定期维护会增加时间和金钱。如果维护不当,发动机的持续压力和温度变化将导致长期问题。驾驶也可能是一个问题,因为氧气通过压缩机时的涡轮迟滞会导致车辆性能延迟。虽然电动涡轮增压器已经减少了这个问题,但它在大多数涡轮增压器中仍然很普遍,成为一个问题。
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