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在这里我向各位大大们分享一下渦輪增壓(Turbo)原理!!!
渦輪增壓(Turbo)原理
渦輪增壓
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。
渦輪增壓是目前最流行及最有效的方法,其原理主要是利用排廢氣的壓力驅動渦輪,並且以渦輪(Tubine)帶動同軸的空氣壓縮葉片,壓縮吸入的氣流再送往汽缸。一般自然進氣的引擎是藉由汽缸內活塞下降的負壓來吸入混合氣,因此被吸入的混合氣其壓力在理論上最大值應不超過一大氣壓,但是高增壓的Turbo引擎郤可以將混合氣壓力提高到一大氣壓以上。在氣壓低時,被吸入汽缸內的混合氣壓力就低,造成引擎出力也比較小;無論何種自然進氣引擎,在氣壓低的地方其性能都較正常氣壓下為弱,渦輪增壓器正是以前航空工業為了解決飛機在高空飛行時,出力減弱的情形而開發產生。藉由高溫、高壓的廢氣循環來驅動渦輪葉片,理論上以每分鐘10~20萬轉的高轉速運作,將可使引擎出力提升30%~40%!
渦輪增壓器本身體積小、重量輕,但總需要一定的廢氣循環的動能,才能夠順利推動 ,在廢氣壓力未達設定值之前,渦輪增壓器的效率很低(渦輪推不動),強制進氣量不足的情況下,反因為引擎壓縮比較自然進氣引擎還低,活塞下拉時所帶動的吸力更顯不足,引擎效率低落;由於只要一待引擎轉速足夠,動力表現隨即恢復正常,因此這種現象便稱為「渦輪遲滯」〈Turbo Leg〉。 為了解決渦輪遲滯的現象,各家遂有不同的設計因應,也就出現不同特性。渦輪增壓器的特性是由A/R值所決定,A是指廢氣排放吹到渦輪上出口的截面積,R是指由渦輪中心到排氣口中心之間的距離,A/R值愈小,則引擎低轉速區域的渦輪扇葉的迴轉力就愈強,反之則不達高轉速渦輪便很難推動 ,注重低轉速扭力的渦輪,其A/R值約0.2,而高轉速為0.7,而渦輪直徑與慣性質愈小,對引擎轉速變化的回應就愈小,換言之,渦輪直徑愈小油門反應就愈靈敏。
一般而言,渦輪增壓在改裝市場上的主流改裝方式,是以配備渦輪增壓器的車輛做為素材,進一步「壓榨」引擎輸出功率,而其好玩之處也就在於引擎輸出功率的「增幅」彈性 相當大,不像改裝自然氣,耗費許多工夫之後,馬力輸出功率相當有限。
汽車用渦輪的大小約和一個哈密瓜般大,可分為機械增壓,和排氣增壓.機械增壓是用引擎以皮帶帶動渦輪,而排氣渦輪是已排氣管排出的廢氣推動,各有其優缺點.當然,它不能像車燈般的說裝就裝,身旁的周邊設備(空氣冷卻器、汽車電腦、洩壓閥…….),及引擎壓縮比,汽油混合比,進排器系統,燃油系統,冷卻系統等,都要隨著變更,工程浩大.加裝渦輪並不是跑車、賽車的專利,卡車、貨車、轎車,汽油引擎,柴油引擎都可加裝,各車廠都有渦輪車款,並不是改裝車才有渦輪套件.
渦輪的基本原理是,像是在引擎進氣歧管前加上鼓風機,吸入更多的空氣進入引擎內燃燒,達到增壓效果,讓引擎的容積效率可達到百分之百.渦輪是以排氣管排出的廢氣推動渦輪轉子,讓渦輪做動.使進氣量增加,引擎為了防止爆震,而降低壓縮比,約(8.0-9.3),增壓值約0.4-2.0 kg/cm2.加壓過的空氣因溫度高,所以空氣在進入進氣歧管前須加裝一個空氣冷卻器(Inter-cooler).冷卻空氣,因空氣高溫會膨脹,所以也可使進氣量再提升.當進氣壓力過大,渦輪的洩壓閥會自動洩壓,保護渦輪及引擎.因此,引擎的結構,也要因高溫、高壓、高性能而強化,所以比一般非加裝渦輪增壓器的車子成本較高.
進排氣的流程圖如下:
1. 進氣部分:
空氣慮清氣—渦輪轉子(進氣)—空氣冷卻氣—進氣起管—引擎.
2. 排氣部分:
排氣歧管—渦輪轉子(排氣)—洩壓閥—排氣管.
裝有渦輪增壓器的車子真是好處多多,可以較小引擎,輸出大動力,排氣量2000c.c.的車子可以輸出相當於排氣量2500c.c.~4000c.c.的動力,可省引擎室的空間.在高山上行駛時,較不會因較低的大氣壓力影響,而進氣不足,動力衰退.由於台灣的汽車是以排氣量課稅,渦輪車比相同動力,大排氣量的車省稅金!油耗比同排氣量自然進氣車子大,但比一般相同動力的車子省油.但渦輪車也有缺點,渦輪轉子轉速極高,約 100000rpm~150000rpm,需用機油冷卻,較不易保養. |
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