几十年来，涡轮增压器因其提高马力的能力而备受推崇，这使得它们在赛车或高性能跑车中很受欢迎。但现代涡轮增压器还可以提高燃油经济性和马力，使较小的发动机更高效，并且仍然能够达到高速公路速度。
但是，涡轮增压器如何提高发动机的功率输出及其效率呢？
涡轮增压器是一种强制进气系统，可压缩流入汽车发动机的空气。压缩空气的优点是可以让发动机将更多的空气挤入气缸中，更多的空气意味着可以添加更多的燃料。因此，您可以从每个气缸的每次爆炸中获得更大的功率。
涡轮增压发动机比没有充电的相同尺寸发动机产生更大的动力。这可以显着提高发动机的功率重量比。这也意味着较小的发动机可以更有效地产生更高的马力，这意味着在加油站的停靠次数更少。
为了实现这种增压，涡轮增压器利用来自发动机的废气流来旋转涡轮，涡轮机又旋转气泵。涡轮增压器中的涡轮机通常以每分钟80，到，转（rpm）的速度旋转——这比大多数汽车发动机的速度快30倍。由于它连接到排气装置，涡轮机也在非常高的温度下运行。
内容
涡轮增压器和发动机
涡轮增压器设计
涡轮增压器零件
使用两个涡轮增压器和更多涡轮增压部件
涡轮增压器和发动机
从发动机中获得更多动力的最可靠方法之一是增加它可以燃烧的空气和燃料量。一种方法是添加圆柱体或使当前圆柱体更大。有时这些更改可能不可行;涡轮增压器可以是一种更简单、更紧凑的动力增加方式，特别是对于售后配件。
涡轮增压器允许发动机通过将更多燃料和空气装入现有气缸来燃烧更多的燃料和空气。涡轮增压器提供的典型增压为每平方英寸6至8磅（psi）。由于海平面的正常大气压为14.7psi，您可以看到进入发动机的空气增加了约50%。因此，您会期望获得50%以上的功率。它不是完全有效的，所以你可能会得到30%到40%的改进。
效率低下的一个原因是涡轮机旋转的功率不是免费的。在排气流中安装涡轮机会增加排气中的限制。这意味着在排气冲程上，发动机必须顶着更高的背压。这会从同时点火的气缸中减去一点动力。
涡轮增压器设计
涡轮增压器用螺栓固定在发动机的排气歧管上。气缸的废气使涡轮机旋转，涡轮机的工作方式类似于燃气涡轮发动机。涡轮机通过轴连接到压缩机，压缩机位于空气滤清器和进气歧管之间。压缩机对进入活塞的空气加压。
气缸的废气通过涡轮叶片，导致涡轮旋转。通过叶片的废气越多，它们旋转的速度就越快。
在涡轮机所连接的轴的另一端，压缩机将空气泵入气缸。压缩机是一种离心泵——它从叶片中心吸入空气，并在旋转时向外甩出空气。
该动画显示了空气如何流经排气歧管、进入涡轮机、通过排气轮和轴、通过压缩机部分进入进气歧管以及通过涡轮壳体流出。
为了处理高达，rpm的速度，必须非常小心地支撑涡轮轴。大多数轴承在这样的速度下会爆炸，因此大多数涡轮增压器使用流体或流体动压轴承。这种类型的轴承在一层薄薄的油上支撑轴，该油层不断在轴周围泵送。这有两个目的：它冷却轴和其他一些涡轮增压器部件，并允许轴在没有太大摩擦的情况下旋转。
但是你可以有太多的提升。由于空气在涡轮增压器的压力下被泵入气缸，然后被活塞进一步压缩，因此爆震的危险更大。发生爆震是因为当您压缩空气时，空气的温度会增加。温度可能会升高到足以在火花塞点燃之前点燃燃料。配备涡轮增压器的汽车通常需要使用更高辛烷值的燃料来避免爆震。如果增压压力真的很高，可能必须降低发动机的压缩比以避免爆震。
涡轮增压系统还可以在涡轮增压器和气缸之间使用中冷器。这样可以在空气到达燃烧室之前冷却空气，从而减少爆震的可能性。
为发动机设计涡轮增压器涉及许多权衡。在下一节中，我们将介绍其中的一些折衷方案，并了解它们如何影响性能。
涡轮增压器零件
涡轮增压器的主要问题之一是，当您踩下油门时，它们不会立即提供动力提升。在产生增压之前，涡轮机需要一秒钟才能达到速度。当您踩下油门时，这会导致滞后感，然后在涡轮增压器移动时汽车向前弓步。
大多数汽车涡轮增压器都有一个废气旁通阀，它允许使用较小的涡轮增压器来减少滞后，同时防止其在高发动机转速下旋转过快。废气旁通阀是一个允许排气绕过涡轮叶片的阀门。废气旁通阀感应增压压力。如果压力过高，则可能表明涡轮机旋转太快，因此废气旁通阀绕过涡轮机叶片周围的一些废气，从而使叶片减速。
一些涡轮增压器使用滚珠轴承而不是流体轴承来支撑涡轮轴。但这些不是您的常规滚珠轴承。它们是由先进材料制成的超精密轴承，可处理涡轮增压器的速度和温度。它们允许涡轮轴以比大多数涡轮增压器中使用的流体轴承更少的摩擦旋转。它们还允许使用稍小、更轻的轴。这有助于涡轮增压器更快地加速，进一步减少涡轮迟滞。
使用两个涡轮增压器和更多涡轮增压部件
一些发动机使用两个不同尺寸的涡轮增压器。较小的一个可以非常快速地加速，减少滞后，而较大的一个则以更高的发动机转速接管以提供更多的动力。
当空气被压缩时，它会升温;当空气加热时，它会膨胀。因此，涡轮增压器增加的一些压力是在空气进入发动机之前加热空气的结果。为了增加发动机的功率，目标是让更多的空气分子进入气缸，不一定是更多的气压。
中冷器或增压空气冷却器是一个附加组件，看起来像散热器，除了空气通过中冷器的内部和外部。进气通过冷却器内部的密封通道，而来自外部的较冷空气则通过发动机冷却风扇吹过翅片。
中冷器通过在压缩机进入发动机之前冷却从压缩机出来的加压空气来进一步增加发动机的功率。这意味着，如果涡轮增压器以7psi的增压运行，中冷系统将输入7psi的冷空气，该空气比温暖的空气更稠密，含有更多的空气分子。
涡轮增压器在空气密度较低的高海拔地区也有帮助。普通发动机在高海拔地区会经历功率降低，因为对于活塞的每个冲程，发动机将获得较小的空气质量。涡轮增压发动机也可能降低功率，但降低不会那么显着，因为涡轮增压器的空气压缩能力将抵消更稀薄空气的大部分影响。
当今汽车中的燃油喷射系统依靠排气中的氧传感器来确定空燃比是否正确，因此如果添加涡轮增压器，它们将自动增加燃油流量。如果将增压过多的涡轮增压器添加到燃油喷射汽车中，系统可能无法提供足够的燃料。要么编程到控制器中的软件不允许它，要么泵和喷油器无法提供它。在这种情况下，必须进行其他修改才能从涡轮增压器中获得最大收益。