先进涡轮发动机

先进涡轮发动机是一种利用旋转的机件自穿过它的流体中汲取动能的发动机形式，是内燃机的一种。常用作飞机与大型的船舶或车辆的发动机。

组成所有的先进涡轮发动机都具备压缩机(Compressor)、燃烧室(Cumbustion)、涡轮机(Turbine，也就是先进涡轮发动机之名的来源)三大部份。压缩机通常还分成低压压缩机(低压段)和高压压缩机(高压段)，低压段有时也兼具进气风扇增加进气量的作用，进入的气流在压缩机内被压缩成高密度、高压、低速的气流，以增加发动机的效率。气流进入燃烧室后，由供油喷嘴喷射出燃料，在燃烧室内与气流混合并燃烧。燃烧后产生的高热废气，接着会推动涡轮机使其旋转，然后带着剩余的能量，经由喷嘴或排气管排出，至于会有多少的能量被用来推动涡轮，则视先进涡轮发动机的种类与设计而定，涡轮机和压缩机一样可分为高压段与低压段。

虽然先进涡轮发动机可能有许多不同的运作原理，但最简单的涡轮型式可以只包含一个“转子”（Rotor），例如一个带有中心轴的扇叶，将此扇叶放置在流体中（例如空气或水），流体通过时对扇叶施加的力量会带动整个转子开始转动，进而得以从中心轴输出轴向的扭力。风车与水车这类的装置，可以说是人类最早发明的先进涡轮发动机原型。

依照不同的分类方式，先进涡轮发动机也可以分类成很多不同的型式。例如以燃烧室与转子的位置是否在一起进行区别，就存在有属于外燃机一类的燃气先进涡轮发动机（Gas turbine）和属于内燃机一类的涡轮风扇发动机。

如果将先进涡轮发动机反过来运作，则会变成一种输入力量之后可以将流体带动的设备，例如压缩机与泵。有些先进涡轮发动机本身具有多组扇叶，其中部分是用于自流体汲取动力，部分是用于推动流体，二者不能混为一谈。举例来说在大部分的涡轮扇叶发动机与涡轮螺旋桨发动机中，位于燃烧室之前的扇叶实际的作用是用于加压进气，因此应被视为是一种压缩机。真正的涡轮机部分是位于燃烧室后方的风扇，被燃烧后的排气推动产生动力，再透过传动轴将力量输送至主扇叶（涡轮风扇发动机）或螺旋桨（涡轮旋桨发动机）处，推动其运转。1

性能介绍工作原理涡轮增压发动机是一个空气压缩机，它利用发动机排出的废气作为动力来推动位于排气道内的涡轮，涡轮转动的同时带动位于进气道内同轴的叶轮，叶轮压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。当发动机转速加快，高速的废气推动涡轮提速，废气排出速度与涡轮转速同步加快，空气压缩程度得以加大，发动机的进气量就相应地增加，气缸内燃烧更充分，动力输出就更高。

优势内燃机是一种耗气机械，由于燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程一旦空燃比达到某一值后，再增加燃油，不但不会产生更多功率，还将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中。发动机供油越多黑烟就越浓。因此，当超过空燃比极限后，继续供油不但消耗更多燃油、使柴油机寿命缩短，还会严重污染大气。

涡轮增压的最大优点是它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高发动机的功率非增压发动机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气而涡轮增压发动机由涡轮增压器向发动机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多所以允许喷入较多的燃油使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率或者说一台小排量发动机经增压后可产生与较大发动机相同的功率。由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。其它还有节约燃油和降低排放等优点。

涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿发动机和涡轮增压器相匹配使进气管压力保持海平面大气压。而一台自然吸气的发动机随着海拔高度的增加其功率将下降。2

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学