汽车的涡轮增压器是怎样的工作原理

2025年03月24日 05:24

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网友（1）：

我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。大家可能会觉得涡轮增压装置非常复杂，其实并不复杂，涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上。然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好，你的发动机就好像电脑CPU一样被“超频”了。常见涡轮增压可分为四种：机械增压系统，气波增压系统，废气涡轮增压系统，复合增压系统。自从人类发明内燃发动机以来，汽车工程师、追求极速的车手和赛车设计师们一直都在寻找提升其动力的方法。其中一种方法是建造更大的发动机。但大型发动机也并不总是尽如人意，发动机越大，重量就越重，制造和维护成本也就越高。另一种方法是提高普通规格发动机的效率。可以通过将更多的空气压入燃烧室来实现这一目的。更多的空气意味着可以注入更多的燃油，而更多燃油则意味着更强劲的爆发力和更大的马力。安装机械增压器是实现强制进气的好方法。在本文中，老夫将解释机械增压器的概念、工作原理以及其与涡轮增压器的差异。
机械增压器基础知识
机械增压器是将吸入的空气加压到超过正常气压的装置。机械增压器和涡轮增压器均是如此。实际上，“涡轮增压器”一词是其正式名称“涡轮式机械增压器”的简写。
这两种装置的不同之处在于它们的能量来源不同。涡轮增压器是借助排出的巨大气流来驱动涡轮的。而机械增压器则由发动机曲轴通过传动带或传动链带动的。
普通四冲程发动机有一个冲程专门用于进气。这一过程有三个步骤：
1、活塞往下运动。
2、制造真空状态。
3、依靠大气压将空气吸入燃烧室。
当空气被吸入发动机后，便和燃油混合形成油气混合物。此混合物能够通过燃烧这一化学反应转换成动能。火花塞通过点燃空气和燃油的混合气体引起此化学反应。当燃油发生氧化时，会释放大量能量。此过程产生的力量集中在气缸盖上，这股力量将推动活塞，使活塞产生往复运动，最终这股动力会传递到车轮上。
向燃烧室注入更多的燃油将会产生更为强劲的燃烧爆发力。但不能仅仅向发动机中增加燃油，因为燃烧燃油需要严格数量的氧气。这种经过化学反应产生的混合物，空气和燃油的比例应控制在14:1，这对发动机的有效运转至关重要。所以重点在于：若要注入更多的燃油，就必须吸入更多的空气。
这就是机械增压器的作用。机械增压器通过将空气压缩至正常大气压以上来吸入更多的空气，而不是通过制造真空状态来吸入空气。这样就可以强制更多的空气进入发动机，从而导致“增压”。发动机增压后会吸入更多空气，从而向燃烧室注入更多的燃油，发动机的动力也会增强。机械增压器平均可提高46%的马力和31%的扭矩。在海拔较高的地方，发动机性能会降低，因为那里的空气密度和压力都比较低，而机械增压器只有向发动机提供压力更高的空气，才能保证其运转状态最佳。
涡轮增压器利用燃烧产生的废气向压缩机提供动力，与之不同的是，机械增压器直接从曲轴获取动力。大部分机械增压器都通过一条附属的传动带获得动力，这根传动带缠绕在皮带轮上，皮带轮连接在一个主动齿轮上。而主动齿轮则会旋转压缩机齿轮。压缩机的转子可以有多种设计，但它的任务是吸入空气，将空气压入更小的空间，并注入进气岐管中。
为了压缩空气，机械增压器必须急速旋转，甚至比发动机本身转得还要快。将主动齿轮做得比压缩机齿轮大，就能使压缩机旋转得更快。机械增压器的转速每分钟能高达5-6.5万转。
5万转的压缩机能产生大约41-62千帕的压强。在特定海拔高度，这会产生比大气压高41-62千帕的压力。而海平面的大气压为1012.8百帕，因此大约会多出50%的空气被机械增压器压入发动机中。
空气受到压缩会变热，这意味着空气密度会降低，同时也会减少爆炸过程中空气的膨胀程度。这就无法在火花塞点燃混合气体后产生足够的动力。为使机械增压器发挥全部效率，从排气装置排出的压缩空气必须在进入进气歧管前加以冷却。中间冷却器的出现解决了这一问题。中间冷却器有两种基本设计：风冷和水冷。它们的工作原理类似于散热器，即让较凉的空气或水流过导管，带走热量。当热空气离开机械增压器碰到较凉的导管时，它便会冷却下来。随着空气温度降低，其密度会变高，这样就会使密度较高的混合燃气进入燃烧室。
机械增压器的优缺点
机械增压器最大的优点是可以增加汽车的马力。给一辆普通汽车或卡车安装机械增压器，会使其像一台大马力发动机汽车一样动力十足。
但是在机械增压器和涡轮增压器之间应该如何选择呢？汽车工程师和车迷们一直在激烈地争论这个问题，但通常而言，机械增压器与涡轮增压器相比有一定的优势。
机械增压器没有增压延时——驾驶员踩下油门到发动机响应这段时间的长短。涡轮增压器存在增压延时，因为它需要一段时间，让排出的气体达到一定速度以加快叶轮/涡轮的转速。机械增压器没有延时，是因为它们直接通过曲轴获得动力。某些机械增压器在低转速时效率比较高，而另一些在高转速时效率比较高。
安装一台涡轮增压器需要对排气系统做大幅度的调整，但机械增压器只要拴在发动机顶部或旁边就可以了。因此，机械增压器的安装更方便，同时也更容易使用和维护。
最后，机械增压器停止工作时不需要专门关闭。因为它们不用发动机机油进行润滑，便可以正常关闭。而涡轮增压器必须等待30秒或预先关闭，以便润滑油冷却。也就是说，预热对于机械增压器十分重要，它们在正常温度下的效率最高。
机械增压器普遍应用于飞机的内燃发动机。如果您设想飞机长时间在高海拔飞行（此时缺少足够用于燃烧的氧气），就会感觉到一定是机械增压器在起作用。借助机械增压器，飞机能够飞得更高而且不会降低发动机的性能。
飞机发动机使用的机械增压器与汽车使用的一样。它们直接从发动机获得动力，利用压缩机把压缩空气送入燃烧室。
第一次在飞机上使用机械增压器是在二战末期。最著名的例子是Supermarine Spitfire，这是英国皇家空军所使用的飞机，将机械增压器安装在罗尔斯罗伊斯“莫林”发动机上。
机械增压器最大的缺点是：由于由曲轴带动，所以它们必须损耗一部分发动机马力。这也是机械增压器的特点之一机械增压器会占用一台发动机20%的动力。但是，由于机械增压器可以提升46%的马力，所以多数人认为这笔交易是值得的。
由于增压会增加发动机的负担，所以发动机必须得到强化以承受额外的压力和更强的爆发力。大部分制造商在设计一台带有机械增压器的发动机时，都会专门采用重载元件以提高发动机的寿命。同时这也抬高了汽车的价格。机械增压器的维护成本也较高，同时许多制造商建议使用高标号汽油。
尽管有这些缺点，机械增压器仍然是一种最经济有效地增强马力的方法。机械增压器可以提高50%-100%的动力，使汽车更适合比赛、重载运输或单纯增加驾驶的刺激性。

网友（2）：

涡轮增压发动机是依靠涡轮增压器来加大发动机进气量的一种发动机，涡轮增压器(Turbo)实际上就是一个空气压缩机。它是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内)，涡轮又带动同轴的叶轮位于进气道内，叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。当发动机转速加快，废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，发动机的进气量就相应地得到增加，就可以增加发动机的输出功率了。

涡轮增压发动机的最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高发动机的功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器相比，可增加大约40%甚至更多。上图活塞只有做功冲程和扫气冲程。

网友（3）：

　首先说说涡轮增压器的大概结构原理，废气涡轮增压器主要由泵轮和涡轮组成，当然还有其他一些控制元件。泵轮和涡轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排出的废气驱动泵轮，泵轮带动涡轮旋转，涡轮转动后给进气系统增压。增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑，还有冷却液为增压器进行冷却。以前，涡轮增压器大都用在柴油发动机上，现在一些汽油发动机也采用涡轮增压器。因为汽油和柴油的燃烧方式不一样，因此发动机采用涡轮增压器的形式也有所区别。汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易爆燃。因此，安装涡轮增压器必须要避免爆燃，这里涉及两个相关问题，一个是高温控制，另一个是点火时间控制。　　强制性增压后，汽油机压缩和燃烧时的温度和压力都会增加，爆燃倾向增加。另外，汽油机排气温度比柴油机高，而且不宜采用增大气门重叠角（进、气排门同时开启的时间）方式来加强排气的降温，降低压缩比又会造成燃烧不充分。还有，汽油机的转速比柴油机高，空气流量变化大，很容易造成涡轮增压器反应滞后。针对汽油机使用涡轮增压器出现的一系列问题，工程师有针对性地一一做了改进，使汽油机也能用上废气涡轮增压器。

网友（4）：

网友（5）：

2020年5月16日，今天大宝为大家分享的事汽车涡轮增压器的工作原理，以及日常需要注意的事项。

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