涡轮增压器是如何工作的

这几天有大量的汽车由涡轮增压器提供动力，并不难理解为什么。与类似尺寸的通常或天然吸气发动机相比，它们提供额外的扭矩，功率和效率。然而，有些人害怕涡轮增压，令人担忧它增加了发动机的不必要的复杂性和额外的潜在故障点，但事实是益处超过了缺点。但涡轮增压器真的是什么？让我们讨论各种涡轮机，他们如何工作，他们的利弊以及您可以拥有的类型类型的配置。

在我们讨论涡轮增压器如何工作之前，我们需要了解为什么它是有用的。涡轮增压器最明显的好处是增加功率。其次，它还可以提高燃油经济性，但这通常是增加低端扭矩的副产品，这通常是涡轮增压发动机的特点。由于涡轮增压器将发动机中的空气压缩得如此之多，发动机产生动力所需的燃料就更少了。发动机里的空气密度越大，燃烧室里的氧气就越多。空气越多，燃料就越多。虽然这似乎违反直觉，但事实是，汽车能够在做更少的工作的同时产生更多的动力。因此，你需要降低发动机转速来加速，从而最终减少油耗。基本上，涡轮增压器是一种设备，其唯一目的是使发动机产生更多的动力，以更少的燃料和更少的汽缸比其他必要的。如果你的目标是300马力和2.0升引擎，那么增加一个涡轮增压将使实现这一数字更容易，因此更经济。

前一节简要地讨论了这一点，但在这里我们将深入了解涡轮系统如何工作的细节。就像任何火一样，要想点火，你需要火花、燃料和空气。当火花开始反应时，氧气帮助燃料燃烧。在正常吸气的发动机中，进气系统将空气吸入活塞上方的燃烧室，在那里燃油也以非常细的雾状喷射。当活塞到达上止点，即活塞行程的最高点时，无论是柴油还是汽油，空气和燃料的混合物就会被压缩。就在那一刻，火花塞点燃了混合物，迫使活塞向下。空气在进入燃烧室之前被压缩得越好，就可以填入越多的空气，也就可以给这个方程式添加更多的燃料。涡轮增压器通过在更大的压力下迫使更多的空气进入，基本上增强了整个过程。

现在，为了了解涡轮增压器是如何工作的，我们还需要了解它是如何构造的。涡轮看起来像是一个整体，但它有很多部分;中间的涡轮连接到压缩机(冷)和排气(热)两侧。通常吸气的汽车的排气歧管将其管道向下输送到一个收集器，在那里这些管道连接成一个并成为废气。在涡轮增压汽车上，同样的事情也会发生，但集热器与涡轮增压的热侧结合。进入涡轮的这一边，废气旋转压缩机通过他们的方式，在退出排气轮和下降管道。这使得涡轮机的另一侧也以同样的速度旋转。这一边的涡轮看到新鲜空气直接供应到车轮通过前涡轮，这给涡轮增加动力旋转和新鲜空气。当压缩机车轮旋转时，空气从进气有助于冷却空气，就像涡轮冷热侧之间的油系统一样。涡轮的压缩机或冷侧则有清洁、快速流动的压缩空气。 This air is channeled through boost pipes to the intercooler (or in some cases, a charge cooler), where it is cooled. As it gets cooler, it gets denser, which allows yet more air to be forced into the piping. This compressed air then makes its way into the intake manifold/plenum. Under high pressure, loads more fuel can be added, and the same spark that starts the combustion process in a regular engine starts this explosion. With more fuel, the explosion is bigger, forcing the piston down faster and therefore doing more work, or creating more power. As the exhaust gas leaves the engine via the exhaust manifold, that turbo compressor spins more again, restarting the whole process.

为了确保系统中没有太多的升力，空气通过废气门释放，废气门可以用弹簧或驱动器制造。一旦系统实现最大的推进，废气门打开，释放气体沿排气。在售后应用，废气门'尖叫'管道可以直接在排气非常大的噪音在硬加速期间。为了避免涡轮增压过度时，你让气体在废物门打开之前，转储阀释放多余的空气到大气中，系统需要再次建立升压，这有时会导致涡轮滞后，或缓慢的反应，从节气门。在某些情况下，可以改用分流阀。这遵循同样的原则，但将额外的空气重新引入进气系统，远离涡轮核心。这通常会提高响应，但高性能调优的限制通常会更快地达到。

既然你知道它是如何工作的，那么涡轮增压器的好处也应该更加清晰。这里是其中的一些：

• 提高扭矩:正如我们之前讨论过的，涡轮增压器可以提高扭矩，这使得配备了涡轮增压器的汽车更容易在陡坡上行驶，更有能力牵引高容量的车辆。
• 更多电源：具有与天然吸气发动机相同的尺寸，具有涡轮增压器的发动机可以在REV系列中提供更多的电量。
• 更高的燃料效率:因为发动机的工作更少，你燃烧更少的燃料，因此花在油泵更少。
• 更好的低端加速：涡轮增压赛车在镇周围越来越乐于驾驶，并且在低转速时更好地加速。通过正确的设置，这种性能的增压甚至可以以灵感线性的方式交付，因为通常是吸入的电动机通常是。
• 更大的调整潜力:尽管任何发动机都可以修改以提高其性能，但涡轮增压发动机可以利用常规吸气发动机的所有升级，以及一些只有涡轮增压发动机可以利用的定制发动机。因此，一辆经过改装的2.0升涡轮四缸发动机获得与一辆更大的V8发动机相同的功率和扭矩并不罕见。例如，大众的2.0升TFSI可以轻易地产生与雪佛兰的LT2 6.2升V8相同的功率，只需要很少的升级。

顺便说一下，似乎有一个涡轮增压器的车辆是理想的，但也有一些缺点，有一个涡轮增压器:

• 复杂性增加：涡轮增压器是一种梦幻般的发明，但要运行一个，发动机需要丰富的特定组件。该发动机本身需要以一种方式建造，即发动机的压缩是安全的涡轮增压，额外的管道状管线 - 是必要的，需要额外的油和空气冷却，整个包装更多空间。安装过程还需要仔细的空间和热管理。
• 微调要求:很多很难优化涡轮增压的车,当你不再仅仅是看着先前存在的硬件的限制但也需要考虑具体的涡轮(许多大小和配置)的气体通过它。一些涡轮在高转速时效率更高，而较小的涡轮在低端时表现最好。以一种抵消涡轮特性的方式调整汽车的驾驶性能会导致故障，但有多个方面需要考虑，从连杆的强度到气缸盖的流量。
• 可靠性:这在当今已经不是一个大问题了。汽车一直在不断地重新开发，现在几乎所有东西都有一个传感器。然而，在售后市场应用，涡轮发动机故障可以是常见的，如果执行转换的人没有经验。对于普通吸气式汽车，只需简单地组装升级后的组件，并安装它们几乎就是所有需要的，除了在高性能的无/A应用程序中，允许更大的误差幅度进行调整。
• 滞后：再次，这是一个问题，这几天与OEM Turbo设置非常罕见，但在售后市场调整应用中，比标准更大的涡轮增压器通常会导致滞后，这需要发动机更高，不大- 直到达到涡轮阀轴启动和最大性能。这使得汽车迅速驾驶，除非您处于全部油门。但是，对于正确的发动机和正确的支持修改，用右翼涡轮增压，这并不大部分问题。

涡轮增压往往会使从发动机中逸出的空气变得有点沉闷，部分原因是有其他噪音发生，但主要原因是涡轮本身起到了消音器的作用。结果是，引擎不再大声尖叫，引擎本身的许多自然音调也消失了。

这一节将进行更详细的介绍，但基本内容如下所示。你已经知道涡轮是如何工作的，也知道它利用引擎的废气，最终利用废物为自己提供动力。另一方面，增压器通常由连接发动机曲轴的皮带驱动。结果，增压器在生产更多之前实际上消耗了引擎的能量。然而，节流阀响应通常要好得多。毫无疑问，增压器甚至比涡轮更复杂，升级增压发动机可能会很棘手，除非你只对更好的滑轮和更短的皮带等基本东西感兴趣。

这几乎是不可能设定一个百分比，因为不同的涡轮表现不同。有些发动机在每分钟3000转时功率很小，负载高达5500转，而有些发动机在2000转前就能达到全功率，在4000转时就耗尽了动力。也就是说，假设涡轮具有完美的配置，可以在发动机上运行，就像它几乎是自然吸气一样，6- 8psi的升压可以提供大约15%到25%的增益。如果你愿意牺牲油门响应，这些数字可能会大幅上升。

涡轮增压汽车有许多不同的方法。双涡轮、双涡轮、双涡旋涡轮、滚珠轴承涡轮、轴颈轴承涡轮和混合涡轮都是涡轮风扇熟悉的术语。这里是各种类型的涡轮增压器可用的细分:

事实上，双涡轮增压装置指的是安装了两个同等大小的涡轮增压器的涡轮增压发动机。一个例子是原始的R32日产Skyline GT-R。另一方面，双涡轮增压意味着两个涡轮大小不等的设置。然而，许多制造商和用户已经交换了这些含义。在任何情况下，双涡轮增压装置通常运行并行设置，其中两个涡轮分别由发动机中一半的汽缸提供。一个连续的涡轮设置使用在涡轮的低端响应与其他涡轮接管在更高的转速，或在某些情况下，运行在第一个涡轮旁边。与一个复合涡轮设置，更小的涡轮字面上馈给更大的一个，给你低端响应，功率曲线不崩溃在高转速，和相对尖峰和无滞后的功率交付。然而，这是非常复杂和真正的挑战精通。

轴颈轴承涡轮通常更便宜，而球轴承涡轮成本更高。轴颈轴承涡轮通常也更可靠，但响应速度不如滚珠轴承涡轮。后者有更少的单独的移动组件，这意味着有更少的东西造成的摩擦在涡轮增压器筒。因此，运动部件较少的滚珠轴承涡轮发动机会卷起来更快，与同类发动机相比，平均卷起来速度为15%，但通常维修成本较高，因为如果发生损坏，通常需要更换整个汽缸。

一个双涡旋涡轮有两个小的入口，而不是一个大的，但必须匹配发动机与一个偶数个汽缸。一个奥迪RS3它的五缸发动机不能使用这种涡轮。为什么?让我们考虑一个四缸发动机。如果它的发射顺序是1-3-3 -2，那么当汽缸1停止向涡轮的一个涡旋提供压力时，汽缸3正在填充另一个涡旋。这就产生了持续推进的重叠效应，而不是传统的涡轮增压，在那里发动机的气体会相互争斗。最终，双涡旋涡轮可以实现以下功能:当一个气缸结束排气冲程并开始打开进气门时，另一个气缸却在做相反的事，这增加了涡轮中的持续压力，给你更好的油门响应和更快的卷升。与奇数的汽缸，这将是不可能实现的，因为额外的汽缸将有利于涡轮进气的一方或另一方。

这可以说是用最少的努力改善现有涡轮性能的最佳方法。这是一个传统上用于售后市场的术语，但当你听说一辆改装车上有一个更大的压缩机车轮时，这意味着这辆车有一个混合动力。混合涡轮的定义是使用两种类型涡轮的组件。一般来说，这意味着压缩机和排气外壳的大小保持不变，但更大和/或更轻的车轮上的涡轮。这允许更多的空气流动，给你更大的动力与最小的滞后，但你仍然受到涡轮的大小的限制，加工涡轮以适应更大的车轮有一个限制。过多的热量会导致涡轮破裂，而过多的涡轮速度会导致车轮损坏，整个汽缸，或涡轮作为一个整体的故障。

可变几何涡轮增压可以说是涡轮增压的巅峰。只安装了一个涡轮，但涡轮内部的叶片改变面积-半径比，以调整发动机的转速。在发动机低速运行时，低a /R比(叶片运动在涡轮内部形成一个相对封闭的系统的结果)会增加废气速度，导致涡轮快速旋转。当转速上升，叶片移动允许更多的空气通过，这意味着你达到你的目标提升水平，有伟大的油门反应，并没有耗尽的动力，因为你的引擎增加转速。然而，这些系统非常昂贵，几乎不可能在不更换整个涡轮增压器的情况下修复。叶片也很容易被高温损坏，这就是为什么柴油发动机，比如福特的Powerstroke发动机，排气温度较低，比汽油发动机更青睐它们。这些涡轮发动机的性能很高，但价格也很高。

如果你不得不问，“涡轮增压器能一直工作吗?”，答案会是肯定的，只要它们连接在一起。但电动涡轮增压器是智能的，尽管它们在大多数时间充当常规涡轮增压器，但有时也会停止工作。让我们解释一下。电动涡轮有一个小型电动机连接到涡轮轴上。在有大量滞后的情况下，电动机可以加速涡轮机，以增加低端功率。然后在减速时停止工作，利用动能充电。在响应和功率方面，这甚至优于VGT涡轮，但增加的复杂性、重量和众多额外组件都意味着电动涡轮在大多数应用中并不划算。最小的温度变化也会对电动涡轮系统产生巨大的负面影响。

就像任何技术一样，总有优缺点。但涡轮增压技术的利远大于弊。你会得到大量的性能和更好的燃油经济性。然而，与任何机械部件一样，必须小心。允许油循环和加热之前驱动硬在这里是更重要的，永远不要加载涡轮。这意味着什么?如果你把脚平放在油门上而你还能感觉到引擎在努力增加动力，这就是在加载涡轮增压。从本质上说，你迫使涡轮在有足够的燃料和空气通过它之前旋转得太快。结果，涡轮可以过度旋转和涡轮轴可以断裂。遵循这些基本规则，你会很开心。