涡轮增压发动机的工作原理是什么 汽车涡轮增压发动机工作原理?
和涡轮发动机原理一样:高温高压流体(汽体)推动涡轮机使其旋转并输出功率,实现热能到机械能的转换。
涡轮发动机(Turbineengine,或常简称为Turbine)是一种利用旋转的机件自穿过它的流体中汲取动能的发动机形式,是内燃机的一种。常用作飞机与大型的船舶或车辆的发动机。所有的涡轮发动机都具备压缩机(Compressor)、燃烧室(Cumbustion)、涡轮机(Turbine,也就是涡轮发动机之名的来源)三大部份。压缩机通常还分成低压压缩机(低压段)和高压压缩机(高压段),低压段有时也兼具进气风扇增加进气量的作用,进入的气流在压缩机内被压缩成高密度、高压、低速的气流,以增加发动机的效率。气流进入燃烧室后,由供油喷嘴喷射出燃料,在燃烧室内与气流混合并燃烧。燃烧后产生的高热废气,接着会推动涡轮机使其旋转,然后带着剩余的能量,经由喷嘴或排气管排出,至于会有多少的能量被用来推动涡轮,则视涡轮发动机的种类与设计而定,涡轮机和压缩机一样可分为高压段与低压段。
为了更好的理解涡轮增压器的增压的技术,了解内燃机的工作原理是非常有必要的。
首先绝大多数的乘用车或者商用车的发动机,都是四冲程的。
四冲程发动机工作原理
通过对进气控制阀,排气控制阀的开关来实现进气,排气的过程。
通过控制火花塞得点火来控制气体燃烧时间点。
然后通过ECU把吸气,出气,燃烧按顺序有机的组合在一起,则发动机就能实现正常运转。
总之对于单个气缸来讲:一个工作循环包含4个冲程,曲轴完成两个旋转。火花塞点火一次
对于三缸机来讲: 曲轴转两圈,发动机三个缸分别完成一次工作循环。火花塞一共点火三次
对于四缸机来讲: 曲轴转两圈,发动机四个缸分别完成一次工作循环。火花塞一共点火四次
吸气过程,当活塞向下运动,进气控制阀开启,空气或者燃油混合物,通过进气控制阀被吸入到气缸内。
压缩过程: 活塞向上运动时,进气门控制阀关闭,刚被吸入的新鲜空气开始被压缩。
膨胀过程:当火花塞执行点火命令后,气体急剧膨胀产生爆炸,推动曲轴连杆曲轴向下运动,
排气,当曲轴连杆由于飞轮产生的惯性,使得曲轴继续运动,也就是活塞向上运动时,这个气体被排出。
以上是发动机的基本运动过程:通过该过程我们能够得出三种方法能够提升发动机的输出功率;
第一种:增大扫气量(吸入气体体积)
增大发动机的单缸直径,或缸桶体积
尽可能多的吸入气体到燃烧室,使得尽可能多的气体和更多的汽油进行混合燃烧,好比用大灶,自然火势就旺。 火势旺自然能够达到增加功率输出的目的。
增多发动机的缸数
如果单缸能力有限,就多用几个缸,比如说3缸,4缸,6缸,8缸,10缸,12缸等,但是不能过多,毕竟发动机缸数越多,体积越大,重量也重,会侵占空间,降低燃油经济性。
第2种增加发动机的转速
通过增加发动机的转速,也能提提升发动机的输出功率,转速增加也就是提升发动机的单位时间内的点火次数。单位时间内发动机点火的次数多了,那无疑发动机的输出功率会变大,但是由于机械稳定性的原因。我们不能让发动机的转速无限放大,因为发动机的转速过大,导致的磨损就是一个致命的不利因素。转速过高,发动机过热,润滑不及时,冷却不够等,都会带来,发动机的寿命的降低。发动机转速可以通过曲轴位置传感器来进行测算。
曲轴位置传感器其中一种
第3条采用增压器来进行增压
以上两种都基本上是自然吸气发动机常见的技术,但是对带有涡轮增压的发动机有点不一样的,因为自然吸气发动机靠自己的吸力,去吸收的气体是有限的,一般吸力只能达到-10KPA以内.
而被增压的压缩气体往往能达到,两个标准大气压以内,由此增压发动机吸入的气体,是自然吸气发动机吸入气体的压力的10-20倍左右。
由于我们的空燃比理想状态是14.7:1,吸入气体多了,那相应的我们也需要增加燃油的喷射量,对应更多的燃烧。
由此在相同的转速,相同的气室体积的情况 下涡轮增压 发动机输出功率会大很多。
但是增压也会带来一个坏处,就是进入发动机的气体进过压缩后,气体温度都会升高,这是基本的物理常识,这里就不解释。
由于气体被压缩,气体被加热了,温度达到了180度以内。而一般来说进气温度要求不高于55度。
我们知道气体在温度高的情况下密度会变小,那这跟我们需要充足的空气是矛盾的。所以我们需要冷却进气气体,我们需要把气体的密度尽可能的提高,让发动机吸入更多的气体。由此我们必须使用中冷器。
所以说中冷器是一个能够提升燃油消耗,和功率需求的一个装置。
通过中冷器使得进气温度降低到正常值,会使得相同的压力下,气体体积相同的情况下,气体更多,或者说密度更大。
同时由于进气温度低,会让燃烧的温度降低,同时能够减少氮氧化合物的排放,降低发动机的燃油消耗。
总之:发动机是一个很复杂的系统,大家都是建立在前人的研究的基础上,进行慢慢摸索,调试才能得到一个较好的功能。
【本文来自易车号作者l7594825,版权归作者所有,任何形式转载请联系作者。内容仅代表作者观点,与易车无关】
为了更好的理解涡轮增压器的增压的技术,了解内燃机的工作原理是非常有必要的。
首先绝大多数的乘用车或者商用车的发动机,都是四冲程的。
四冲程发动机工作原理
通过对进气控制阀,排气控制阀的开关来实现进气,排气的过程。
通过控制火花塞得点火来控制气体燃烧时间点。
然后通过ECU把吸气,出气,燃烧按顺序有机的组合在一起,则发动机就能实现正常运转。
总之对于单个气缸来讲:一个工作循环包含4个冲程,曲轴完成两个旋转。火花塞点火一次
对于三缸机来讲: 曲轴转两圈,发动机三个缸分别完成一次工作循环。火花塞一共点火三次
对于四缸机来讲: 曲轴转两圈,发动机四个缸分别完成一次工作循环。火花塞一共点火四次
吸气过程,当活塞向下运动,进气控制阀开启,空气或者燃油混合物,通过进气控制阀被吸入到气缸内。
压缩过程: 活塞向上运动时,进气门控制阀关闭,刚被吸入的新鲜空气开始被压缩。
膨胀过程:当火花塞执行点火命令后,气体急剧膨胀产生爆炸,推动曲轴连杆曲轴向下运动,
排气,当曲轴连杆由于飞轮产生的惯性,使得曲轴继续运动,也就是活塞向上运动时,这个气体被排出。
以上是发动机的基本运动过程:通过该过程我们能够得出三种方法能够提升发动机的输出功率;
第一种:增大扫气量(吸入气体体积)
增大发动机的单缸直径,或缸桶体积
尽可能多的吸入气体到燃烧室,使得尽可能多的气体和更多的汽油进行混合燃烧,好比用大灶,自然火势就旺。 火势旺自然能够达到增加功率输出的目的。
增多发动机的缸数
如果单缸能力有限,就多用几个缸,比如说3缸,4缸,6缸,8缸,10缸,12缸等,但是不能过多,毕竟发动机缸数越多,体积越大,重量也重,会侵占空间,降低燃油经济性。
第2种增加发动机的转速
通过增加发动机的转速,也能提提升发动机的输出功率,转速增加也就是提升发动机的单位时间内的点火次数。单位时间内发动机点火的次数多了,那无疑发动机的输出功率会变大,但是由于机械稳定性的原因。我们不能让发动机的转速无限放大,因为发动机的转速过大,导致的磨损就是一个致命的不利因素。转速过高,发动机过热,润滑不及时,冷却不够等,都会带来,发动机的寿命的降低。发动机转速可以通过曲轴位置传感器来进行测算。
曲轴位置传感器其中一种
第3条采用增压器来进行增压
以上两种都基本上是自然吸气发动机常见的技术,但是对带有涡轮增压的发动机有点不一样的,因为自然吸气发动机靠自己的吸力,去吸收的气体是有限的,一般吸力只能达到-10KPA以内.
而被增压的压缩气体往往能达到,两个标准大气压以内,由此增压发动机吸入的气体,是自然吸气发动机吸入气体的压力的10-20倍左右。
由于我们的空燃比理想状态是14.7:1,吸入气体多了,那相应的我们也需要增加燃油的喷射量,对应更多的燃烧。
由此在相同的转速,相同的气室体积的情况 下涡轮增压 发动机输出功率会大很多。
但是增压也会带来一个坏处,就是进入发动机的气体进过压缩后,气体温度都会升高,这是基本的物理常识,这里就不解释。
由于气体被压缩,气体被加热了,温度达到了180度以内。而一般来说进气温度要求不高于55度。
我们知道气体在温度高的情况下密度会变小,那这跟我们需要充足的空气是矛盾的。所以我们需要冷却进气气体,我们需要把气体的密度尽可能的提高,让发动机吸入更多的气体。由此我们必须使用中冷器。
所以说中冷器是一个能够提升燃油消耗,和功率需求的一个装置。
通过中冷器使得进气温度降低到正常值,会使得相同的压力下,气体体积相同的情况下,气体更多,或者说密度更大。
同时由于进气温度低,会让燃烧的温度降低,同时能够减少氮氧化合物的排放,降低发动机的燃油消耗。
总之:发动机是一个很复杂的系统,大家都是建立在前人的研究的基础上,进行慢慢摸索,调试才能得到一个较好的功能。
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首先我们来弄明白什么事涡轮增压。涡轮增压的英文名字为Turbo,一般来说,如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T,即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型,譬如奥迪A6的1.8T,帕萨特1.8T,宝来1.8T等等。
涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量,从而提高发动机的功率和扭矩,让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后,其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说,经过增压之后,动力可以达到2.4L发动机的水平,但是耗油量却比1.8发动机并不高多少,在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。
不过在经过了增压之后,发动机在工作时候的压力和温度都大大升高,因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短,而且机械性能、润滑性能都会受到影响,这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。
涡轮增压的原理
最早的涡轮增压器用于跑车或方程式赛车上的,这样在那些发动机排量受到限制的赛车比赛里面,发动机就能够获得更大的功率。
众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的,由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制,因此发动机所产生的功率也会受到限制,如果发动机的运行性能已处于最佳状态,再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量,从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下,涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。
【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。
涡轮增压器是通过发动机排气的压力推动排气涡轮,排气涡轮和进气涡轮之间同轴连接,从而进气涡轮转动,将新鲜的空气压入气缸,达到充分进气的效果,具体的有视频可以供参考
涡轮增压器由涡轮和压缩器组成