关于涡轮增压发动机你需要知道的事情

你听说过内燃机中的大功率输入装置吗，秘密就是涡轮增压器 .它也被称为 turbo 它是 20 世纪初由瑞士工程师 Alfred Buchi 发明的。他介绍了一个原型来增加柴油发动机的功率。

如今，涡轮增压已成为大多数汽油和柴油发动机的标准装置。仍在研究改进涡轮增压器设计的方法，以便以更低的制造成本获得更好的性能。尽管振动引起的应力和轴承性能是主要的故障因素。出于这个原因，转子动力学分析应该是涡轮增压器设计过程的重要组成部分，嗯，也许吧！

在汽车发动机中，动力是在燃烧室中通过进气燃料/空气混合物产生的，对吧！压缩后，将混合物作为废气释放出来，成为废品，甚至对大气造成污染。但是涡轮增压器并没有让废气无用，而是利用它来使发动机运转得更快。让我解释一下。

阅读关于汽车活塞你需要知道的一切

今天我们将着眼于涡轮增压器的定义、功能、应用、零件、历史、图表、类型、工作原理以及优缺点。这篇文章很宽泛，所以我敦促你通读以获得知识。

涡轮增压器定义

涡轮增压器是一种涡轮驱动的力感应装置，它通过将额外的压缩空气强制进入燃烧室来提高内燃机的效率和功率输出。这种热空气感应似乎起作用了，因为与正常大气压相比，压缩机可以将更多的空气和成比例地更多的燃料压入燃烧室。

涡轮增压器是一种安装在车辆发动机上的装置，用于提高整体效率并提高发动机的性能。涡轮增压器最初被称为 turbosuperchargers 因为所有强制感应装置都被归类为增压器。增压器是机械驱动的强制感应装置的术语。

涡轮增压器与传统增压器的区别在于，涡轮增压器由发动机废气驱动的涡轮提供动力。然而，增压器由发动机曲轴机械驱动，通常与皮带连接。然而，涡轮增压器效率更高，但响应速度更慢。双增压器是指带有涡轮增压器和机械增压器的发动机。

阅读关于连杆你必须知道的事情

历史

涡轮增压器的简要历史归功于创始人 Alfred J Buchi (1879 – 1932)，他受雇于瑞士温特图尔的 Gebruder Sulzer 发动机公司的汽车工程师车间。该项目是在第一次世界大战前一年开发的，并于 1905 年在德国获得专利。他继续改进该项目，直到四年后去世。

其他一些工程师在涡轮增压器项目上也值得称赞。几年前，杜格尔德·克拉克爵士 (Sir Dugald Clark, 1854 – 1932) 是苏格兰二冲程发动机的发明者。他尝试使用两个独立的气缸来分离内燃的压缩和膨胀阶段。

他的实验就像增压一样，增加了进入气缸的气流和可以燃烧的燃料量。 Louis Renault、Gottlieb Daimler 和 Lee Chadwick 等其他工程师也参与了增压系统。

涡轮增压器的功能

涡轮增压器的主要功能是提高汽车发动机的工作效率。以下是 Turbo 尽管有一些限制但始终存在的目的。

• 在不增加发动机容量的情况下提供额外的动力。
• 在不增加燃料燃烧率的情况下使发动机运转得更快。
• 利用二氧化碳（废气）而不是造成污染。

涡轮增压器的应用

涡轮增压器通常用于汽车发动机，如卡车、汽车、火车、飞机和建筑设备。现代发布的奥托循环和柴油循环内燃机配备涡轮增压器。

下面深入讲解涡轮增压器的一些应用：

汽油和柴油动力汽车： 如前所述，涡轮增压汽车在汽油和柴油动力汽车中很常见，以增加给定容量的功率输出。它还提高了燃油效率，允许使用更小的排量发动机。这些发动机减轻了约 10% 的重量，节省了高达 30% 的油耗，并且仍然提供相同的峰值马力。

第一款涡轮增压乘用车是 Oldsmobile Jetfire 选项。它在全铝 V8 和雪佛兰产品上使用了 215 cu 的组件，称为 corvairs。它最初被称为Monza Spyder冷却的扁平六缸发动机。

柴油车极大地依赖涡轮增压器，因为使用了改进的柴油发动机的效率、驾驶性能和性能。它是在乘用车上生产的，是1978年推出的加勒特涡轮增压梅赛德斯。

卡车： 出于同样的好处，柴油卡车发动机自 1938 年以来一直采用涡轮增压技术。

飞机： 一年来，涡轮增压器的作用也提高了飞机的效率。

摩托车： 自 1980 年代初以来，大多数日本公司都生产配备涡轮增压的高性能摩托车。尽管那里很少有涡轮增压摩托车，但这是因为排量更大。自然吸气发动机的推出提供了带有涡轮增压器的小排量发动机的扭矩和功率优势，但返回了更线性的功率特性。

阅读：内燃机的组件

涡轮增压器部件

以下是涡轮增压器的主要部件及其功能：

• 墨盒（完全组装和平衡的涡轮增压器芯）
• 真空执行器和气动执行器
• 电子执行器（电动伺服驱动器）
• 压缩机外壳（涡轮增压器冷段/部件的外壳）
• 涡轮增压器维修套件（用于快速小修的备件套件/套件）
• 压气机叶轮（涡轮增压器压气机叶轮）
• 轴和叶轮（带有涡轮叶轮、涡轮转子的涡轮增压器轴）
• 喷嘴环外壳（VNT 几何控制元件的外壳）
• 轴承座（筒式轴承座、Turbo 核心轴承座）
• 背板（压缩机侧的涡轮增压器芯板）
• VNT 喷嘴环（带喷嘴的环，用于 VNT 涡轮增压器、VNT 几何控制节点）
• 隔热罩（涡轮增压器核心隔热罩）
• 垫片套件（涡轮增压器垫片套件/套）
• 执行器传感器（压力传感器、位置传感器
• VNT 垫片（VNT 涡轮增压器的内部垫片）
• 涡轮机外壳（涡轮增压器热段/部件的外壳）
• 电子执行器零件（电动机、轴、涡轮增压器伺服驱动器的齿轮）。

涡轮增压器的种类

以下是现有的各种类型的涡轮增压器：

单涡轮：

单涡轮增压器是现有的最简单、最常见和最便宜的涡轮增压器类型。它具有无限的可变性，并且是一个较小的涡轮增压器，它提供了更好的低端咕噜声，因为它们的线轴速度更快。单涡轮具有滚珠轴承和轴颈轴承，可减少压缩机和涡轮旋转时的摩擦。

单涡轮增压器的好处是较小的发动机也可以配备涡轮增压器，还考虑了成本效益，简单且易于安装。它还可以提高发动机效率。

尽管具有以下优点，但仍然存在一些限制：具有相当窄的有效转速范围。单涡轮增压器使尺寸成为一个问题，因为人们必须在更好的高端功率或良好的低端扭矩之间做出选择。最后，与其他涡轮增压类型相比，响应可能会很慢。

双涡轮：

双涡轮增压是另一种选择，它允许每个气缸组（v8、v12 等）使用单个涡轮增压器。或者，可以将单个涡轮增压器用于低转速并绕过更大的涡轮增压器以获得高转速。两个类似尺寸的涡轮增压器，其中一个在低转速下使用，两个都在较高转速下使用 (14, 16)。 BMW x5 M 和 x6 M 使用双涡旋涡轮增压器，v8 两侧各一个。

双涡轮增压的好处是当它是顺序的或在低转速和高转速时都在涡轮上。它允许更宽、更平坦的扭矩曲线、更好的低端扭矩，但功率不会像单涡轮增压器那样在高转速下逐渐变细。这些涡轮增压器的限制包括成本和复杂性，因为组件几乎翻了一番。而且，还有其他替代方法可以实现更轻的类似结果。

阅读：汽油机和柴油机的区别

双卷轴涡轮：

在几乎所有方面，双涡管涡轮增压器都比单涡管涡轮增压器好，因为在使用两个涡管时，排气脉冲是分开的。例如，在点火顺序为 1 3 4 2 的四缸发动机中，气缸 1 和 4 可被供给至涡轮的一个涡旋。而气缸 2 和 3 则被供给分离涡旋。这些类型的涡轮增压器的目的是气缸中有重叠。假设当活塞到达下止点时气缸正在结束其做功冲程，并且排气阀将打开。在此期间，气缸二通过关闭气门和打开进气门来结束其排气冲程。

传统的单涡管涡轮歧管则完全不同，由于两个排气门都暂时打开，因此来自一缸的排气压力会干扰二缸吸入新鲜空气。这减少了到达涡轮的压力，并干扰了第二个气缸吸入的空气量。

涡轮增压器的优点是更多的能量被发送到排气涡轮，并获得更宽的有效增压转速范围。这是因为不同的卷轴设计。基本上，在不妨碍排气扫气的情况下，有更多的气门重叠，从而带来更多的调整灵活性。

局限性在于成本和复杂性与单涡轮相比较高，并且需要特定的发动机布局和排气设计。

可变几何涡轮增压器 (VGT)：

涡轮增压器的可变几何类型在柴油发动机上很常见，并且它们的生产受到限制。这是因为它的成本和特殊的材料要求。涡轮增压器内的内部叶片改变面积与半径的 A/R 比以对应于 rpm。也就是说，在低转速下，使用低 A/R 比来增加排气速度并快速加速涡轮增压器。如果转速攀升，A/R 比会增加以增加气流，从而导致低涡轮迟滞。它还导致低增压阈值和宽而平滑的扭矩带。

这种类型的涡轮增压器的好处是产生了宽而平坦的扭矩曲线。这在非常宽的转速范围内有效。它需要一个涡轮，将顺序涡轮设置简化为更紧凑的东西。它的局限性在于它仅用于废气较少的柴油应用中，因此叶片不会被头部损坏。在汽油发动机上使用涡轮增压器，将使用高成本的稀有金属以保持可靠性。

可变双涡旋涡轮增压器：

可变双涡管涡轮比 VGT 便宜得多，使其成为汽油涡轮增压的首选。它将 VGT 与双涡旋装置相结合，因此，在低转速时，其中一个涡旋完全关闭，迫使所有空气进入另一个涡旋。随着发动机的加速，一个阀门打开，让空气进入另一个涡旋，从而获得了良好的高端性能。

涡轮增压器的优点是它允许宽而平坦的扭矩曲线，并且在设计上比 VGT 更坚固。成本和复杂性也是它的局限性，而技术以前一直是不受欢迎的。

电动涡轮增压器：

随着电动机在涡轮增压器中的应用，它增强了其功能并为发动机提供了即时增压。容易产生低端扭矩，消除滞后。这个涡轮增压器是最好的，也许新版本可能会降低它。

它的好处是产生更宽的有效转速范围和均匀的扭矩。当电动机直接连接到排气涡轮机时，可以回收浪费的能量。并且如前所述，涡轮迟滞和废气不足可以在需要时通过电动旋转压缩机来基本消除。

复杂性和成本是涡轮增压器的缺点之一，因为现在包括了电动机。包装和重量也是一个问题，尤其是在增加板载电池的情况下，它可以在需要时为涡轮增压器提供足够的电力。 VGT 或双卷轴等其他类型也可以获得类似的好处。

工作原理

对喷气发动机的工作原理有基本的了解，了解带有涡轮增压器的汽车会容易得多。让我解释一下，喷气发动机在前部吸入新鲜空气，并在燃烧室中使用它与燃料混合和燃烧。然后它通过背部喷射热空气。热浪呼啸而过由紧凑型金属风车制成的涡轮机，该涡轮机驱动发动机前部的压缩机（空气泵）。发动机用它把空气推入发动机，使燃油正常燃烧。

汽车活塞发动机上的涡轮增压器也采用了类似的工艺。废气用于驱动涡轮机，涡轮机旋转空气压缩机，将额外的空气推入气缸。它会导致更多的燃料在第二次燃烧，这就是为什么涡轮增压汽车可以产生更多的动力。那就是每秒更多的能量。

涡轮增压器由通过轴连接在一起的两半组成。其中一个包含一个通过热废气旋转的涡轮机，另一个还包含一个涡轮机，可以吸入空气并将其压缩到发动机中。这种压缩为发动机提供了额外的动力和效率。随着更多的空气进入燃烧室，就会添加更多的燃料，从而产生额外的动力。

请注意，压缩空气很热，密度较小，并且会上升到散热器上方。这种热空气在帮助燃料燃烧方面不太有效。因此，来自压缩机的空气在进入气缸之前需要冷却。这就是为什么来自压缩机的热空气在进入燃烧室之前会经过一个热交换器，从而带走多余的热量。

阅读：内燃机的分类

额外的力量来自哪里，你能得到多少

大多数人认为涡轮发动机从接收的废气中提供额外的动力，但事实并非如此。废气用于驱动压缩机，压缩机将空气输送到燃烧室，从而使发动机每秒燃烧更多的燃料。额外的动力来自以更快的速度燃烧的额外燃料。

涡轮增压器提供的额外功率取决于组件的大小。涡轮增压器可以改进以使发动机更强大，这取决于所需的功率。但改进是有限度的。气缸很大，可以接收大量空气和燃料进行混合。

涡轮增压器的优缺点

优点：

以下是涡轮增压器的好处：

• 为发动机提供额外的动力。
• 使用废气为发动机提供免费动力。它不需要任何发动机的动力来驱动它。
• 它用于柴油和汽油发动机。
• 提高发动机的燃油效率。

缺点：

尽管涡轮增压器具有优势，但仍然存在两个主要限制。以下是涡轮增压器的缺点：

涡轮增压器的一大问题是涡轮迟滞。这发生在踩下油门时，发动机加速需要时间。也就是说，涡轮增压器需要时间来反映发动机转速。

当发动机转速较低时，没有足够的废气来旋转压缩机以提供所需的动力。按下油门后将产生所需的排气。这种影响可以通过降档到较低的档位来减少，但专业驾驶员有时会注意到响应的分割延迟。

涡轮增压器的第二个限制不会出现在日常驾驶条件下。只有当发动机被推到极限时才会发生这种情况。废气产生的热量，变得非常热，导致涡轮增压器开始发红光。

这就是为什么大多数涡轮增压跑车都在发动机下方设计有通风口的原因。该通风口可保持空气循环恒定并冷却零件。

阅读：螺旋桨轴的工作原理和有效性

总之，我们已经向您展示了涡轮增压器的各种功能。其中之一是提高发动机的工作效率和燃油效率。我们还看到了各种类型的涡轮增压器及其工作原理。优缺点也暴露出来了。

我希望获得知识，如果是这样，请评论，分享并推荐这个网站给其他技术学生。谢谢！