渦輪增壓器的來源
20世紀(jì)20年代,船舶開始配備渦輪增壓柴油發(fā)動機。第二次時間大戰(zhàn)期間,美國戰(zhàn)機也大量使用渦輪增壓,目的是解決戰(zhàn)機在高空吸入空氣量不足的問題,其中有不少都是著名戰(zhàn)機:例如B-17空中堡壘、B-24轟炸機、P-38閃電和P-47雷電戰(zhàn)斗機。
廢氣的能量
發(fā)動機在燃燒后的混合氣體叫做廢氣,不過這個廢氣其實還是蘊藏著很大的能量。正常發(fā)動機全負(fù)荷工作時的排氣溫度大概在750-900℃。排氣壓力視發(fā)動機的工作狀態(tài)而定,但往往具有數(shù)倍的的大氣壓力值。這些廢氣在排氣門打開的瞬間,流速可以達(dá)到500-700m/s,這個動能是相當(dāng)大的,不利用可就浪費了。
渦輪增壓器原理很簡單工藝極復(fù)雜
由于廢氣具備的能量依然很大,不用可就浪費了。因此工程師想到了利用廢氣的動能,就好比水電站利用水的沖擊力一樣,利用廢氣推動增壓器產(chǎn)生增壓效果,因而得名廢氣渦輪增壓。
渦輪增壓器的核心部件就是渦輪和壓氣機葉輪,這兩者是通過轉(zhuǎn)軸連接在一塊的。渦輪增壓器的工作很簡單,高壓廢氣沖擊渦輪使其高速旋轉(zhuǎn),同時也就帶動了葉輪高速轉(zhuǎn)動,葉輪就能高速壓縮空氣了。這個轉(zhuǎn)速非常高,現(xiàn)在車用渦輪增壓的轉(zhuǎn)速在12-20萬轉(zhuǎn)之間。
渦輪的作用是將廢氣的動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸的高速旋轉(zhuǎn),葉輪的作用是對空氣進(jìn)行壓縮,因此兩者的形狀是完全不同的的,氣流的運動方向也完全不一致。由于渦輪承受的是發(fā)動機高溫高壓的廢氣,所以對材料的要求極高。
渦輪增壓器的優(yōu)勢
渦輪增壓器的動力來源于高溫高壓廢氣,因此不會額外消耗發(fā)動機自身功率,這和機械增壓器會消耗發(fā)動機7%功率的情況是完全不一樣的。此外,渦輪增壓器直接連接在排氣管上,結(jié)構(gòu)緊湊。
壓力越大,動力越大是渦輪增壓器的真實寫照,機械增壓器增壓值一般在0.5bar以下,并且隨著轉(zhuǎn)速的提升消耗發(fā)動機的功率也越多。但渦輪增壓完全沒有這樣的缺點,反而會因為轉(zhuǎn)速的上升而更具威力。因為隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高,排氣壓力也會越來越大,沖擊渦輪的力量也更大,整個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將會快速上升,壓氣葉輪也能高速轉(zhuǎn)動起來。