渦輪增壓器

cyk_89

渦輪增壓器基本上是相當簡單的構造，由引擎排放的廢氣來驅動渦輪葉片，再經過中心軸連動另一端的壓縮葉片，迫使新鮮空氣在高壓力下進入引擎。通常壓縮端裝置在空氣濾芯和進氣歧管之間，而渦輪端則在排氣歧管和排氣尾管間。   

由於是以高壓將大量的空氣壓縮進入引擎燃燒室，能混合較多的燃油並且有效的燃燒，所以可產生較大的動力。



這種增壓的觀念其實早在第一次世界大戰時期的航空器便開始使用。因為在相當的高度時，空氣的密度亦相對減低，自然進氣的引擎能吸入引擎燃燒的空氣也隨之減少，所以引擎動力大幅下降。一般而言，高度上升1,000英呎空氣的密度相對下降約3%左右。 所以當飛機於10,000英呎上空飛行時，以自然進氣只能吸入原引擎設計在地平面上運轉時的七成空氣，因此須藉由增壓器的作用，使得引擎有足夠的空氣燃燒，而可以維持一定的動力。

隨後為了賽車和高效引擎的研發，汽車引擎陸續採用脈瓣式或離心式增壓器輸送較多的空氣或混合氣進入汽缸。這些利用引擎曲軸及齒輪組帶動的機械式增壓裝置，在以引擎數倍的旋轉速度運轉增強動力的同時，也消耗了引擎本身部分的動力。接著，使用排放廢氣來推動的渦輪增壓裝置被開發了出來，由於使用的是排放廢氣為動力，所以理論上並不會對引擎原有的動力有任何的減損。但是排放的廢氣帶來極高溫的作業環境，卻是渦輪增壓裝置必需面對和克服的一項最主要難題。

渦輪增壓並非新近的發明，其歷史可追溯至1905年，當時德國Buchi博士已擁有渦輪增壓的專利權，這發明因種種阻力並未大量應用，之後，約在1950年，法國的Rateau才把渦輪增壓應用到飛機引擎上，瑞典也有汽車製造廠採用渦輪增壓器，生產賽車的汽車公司相繼採用來增強馬力，1980年是渦輪增壓汽車的轉捩點，Saab 及 Proshe 功地推出其渦輪增壓系列汽車，在同年的日內瓦汽車展覽中，其他汽車製造廠亦紛紛展示其渦輪增壓汽車了。

渦輪增壓器有別於一般的增壓器，一般增壓器的動力來源是引擎本身，由鏈條或皮帶帶動，故此消耗引擎的部分動力，有時消耗量可高達百分之三十，而其複雜構造使到維修困難，渦輪增壓器的設計比較簡單，效益卻更好，其原理是利用引擎所排出的廢氣推動渦輪葉片，而渦輪軸另一端的空氣 壓縮機便將進入引擎的新鮮空氣壓縮，然後供作引擎燃燒之用。無疑，渦輪增壓器同樣會消耗引擎的動力，因為根據熱力學的理論，引擎排氣的氣壓要提到相當高才足 以推動渦輪葉片，這樣就會減少引擎馬力的輸出，但比較起舊式增壓器而言，所消耗馬力很少，而將引擎廢氣所含的動能加以巧妙運，亦可以說得上是廢物利用。





增強引擎的效率

早期的飛機引擎加裝渦輪增壓器，重點不是在加強馬力，而是因為高空空氣稀薄，而要增大空氣的密度，使與地面情況相同然後能發揮良好性能，進而海上的輪船引擎及地面上的大卡車引擎，亦使用它來增強馬力。一部不具增壓的引擎，不論其設計是如何的完善，在進氣衝程，總不能完全充滿整個汽缸，即所謂容積效率，這原因很多：例如轉速的影響，及空氣 經過閥門、通道，甚至化油器等，使入氣氣壓下降，使引擎只可以達到一定的效率，再者，汽缸的廢氣每每不能百分之百的排出，亦使引擎效率下降，渦輪增壓器的發明卻可以克服種種的問題，而有交地提高引擎的效率，幾乎不取用引擎本身的動力，達到開源節流的雙重目的。

克服技術的

渦輪增壓器所遭遇到的技術問題，可歸納為冷卻與潤滑兩方面。因為廢氣不斷吹送到渦輪葉片表面，使葉片溫度不斷上升，渦輪轉速達到每分鐘一萬轉時，整個渦輪增壓器會因高溫而達到赤熱。故此渦輪的材料選擇與高速運轉時公差的配合就非常重要，否則整個引擎就會解體。再者，在高溫與高速下進行潤滑，對於潤滑油及冷卻方式的選擇要十分嚴格。所以，配有渦輪增壓器的引
擎，其散熱器必須夠大，而冷卻系統，諸如冷卻風扇的效率必須足夠；潤滑油本身，亦要有獨立的冷卻器，潤滑油同時有冷卻渦輪葉片的效能。(一般引擎散熱器與潤滑油冷卻器只用節溫器控制
的電動風扇來冷卻。)經壓縮的空氣也先須經過中間冷卻器才可以進入汽缸，以防止空氣密度降低。簡言之，因為輸入空氣的壓力增加，有更多的空氣進入汽缸，從而燃燒更多的燃料，使引擎可以輸出更大的扭力與馬力。





渦輪增壓日趨普遍

渦輪增壓至今才應用於日用汽車，實可從經濟與技術兩方面來分析原因。過往，燃油價格長期處於低價水平，一般設計師為了增大引擎的馬力，只需增大引擎的容積，方便了當。相對而言，克服渦輪在高速與高溫情況下運轉的技術困難，便顯得吃力不討好，設計師往往望而卻步。技術上而言，渦輪增壓器發揮效用的機會，是在引擎需要大量馬力輸出的時候，亦即是說視乎引擎本身的轉數而定。有些渦輪增壓器要在引擎每分鐘約三千轉才發生效用。為了使大部分在城市內行駛的汽車都可得到渦輪增壓的好處，設計師將渦輪的重量盡量減輕，使引擎轉數減至每分鐘一千五百轉，渦輪增壓便生效。以渦輪增壓器的最新發展而言，可以說已是渦輪增壓的第三代，目標是使渦輪增壓引擎能夠適應不同辛烷值的各級汽油，作出自動調節而達到最佳的省油效果。


在這方面，瑞典紳寶汽車製造廠首先推出其設計 自動效率控制(Apc)的渦輪增壓汽車。引擎的操作情況不同，渦輪增壓器隨而起不同作用。左方上圖顯示引擎怠速和低負荷時，渦輪慢縛但吸入空氣並無增壓。中圖是引擎加速和全速時，大旦廢氣驅動渦輪葉片，使空氣壓縮機輸送高壓空氣往進氣歧管。輸入壓力達到某一限度，引擎輸出馬力不需要再提高時，丁個感應器即打開閥門，讓廢氣經旁路管排出。下圖顯示保護裝饋避免壓力過高和超速的危險。如果引擎內壓力過高，壓力開關會暫時關上油門，點火系統同時會發揮保護作用。

恶魔@人

好贴~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~顶~~~~~~~~~

ptt2u

谢谢分享！

vernon_koh

回复 1# cyk_89


    nissan x-trail可以加terbo kit 吗？

terryone

我要蜗牛。。。。。。。谢谢分享。。。。好帖！！！

不过有些图好像看不到。。。！！！