对于LEGO(乐高)积木的爱好者来说,它代表着无限可能,人们可以通过自己的想象力,通过一块又一块的小零件,甚至能够组合成让人意想不到的东西出现。近日,国外有位名为Brick Master Builders的大神就用乐高积木砌了一个带有涡轮增压的V-6发动机系统。虽然乐高真实地还原涡轮增压系统的工作原理,但却却可以通过另外一个层面为我们展示加入了涡轮增压之后,发动机工作的变化。那么接下来,就让我们看看这位乐高爱好者为我们搭建了怎样一个涡轮系统,并且让我们再一次重温涡轮增压系统的工作原理吧。
图:国外大神通过乐高搭建了一个涡轮增压V-6发动机平台,这个平台虽然与现实中的涡轮增压有很大的区别,但也是看到了些许与现实中涡轮增压的样子。
正如前面所说,乐高虽然可以拼搭出很多东西,但要想实现如真实汽车的涡轮增压器那是绝对不可能的,毕竟单单是其驱动部分就不可能实现。因为涡轮增压器是通过发动机排出废气驱动,然而乐高积木是无法还原出在发动机的每个冲程(强度不足),所以更不用说有废气产生。现实中,涡轮增压器本体总共分为两个部分,其分别是用以驱动的涡轮机以及用以压缩空气的压缩机,在它们的腔体内都有不同的形状的叶片,这些叶片均安装在同一根轴上,这根轴也是贯通着两个腔体。发动机的废气在气缸被排出时,会经由排气歧管的引导,把废气引导入涡轮机从而使废气“吹”动涡轮机转动。由于是共轴的缘故,涡轮机被吹动亦也令涡轮机同时转动从而压缩被吸入压气机的空气。
图:这个涡轮增压是由吸尘器的吸力控制的,当前面活瓣打开,那么风力将驱动叶片旋转。叶片连着一根万向轴,这根轴连接着发动机。
图:真实的涡轮由涡轮机(Turbine)与压气机(Compressor)组成,它们腔体内的叶片是共轴的,当涡轮被废气驱动,压气机的叶片也会随之转动,由于叶片设计以及进风口的不同,压气机会对空气进行压缩。
由于无法完美复刻,所以大神想到的方法是通过搭建一个里藏“扇叶”的小盒子,在小盒子留有一个常开的口和一个可闭合的口,再通过吸尘器的吸力作为转动这个“涡轮”的动力,而这个“涡轮”所输出的动力则通过万向轴来连接发动机,从而为其提供额外的动力。当然,这与现实中的涡轮增压的工作形式也是完全不同的。现实中,涡轮增压的工作通过压缩机把空气进行压缩,强制性地“泵”给发动机。也正因如此,不论是涡轮增压还是机械增压,这种把空气压缩并强制供给发动机的形式也被称之为强制进气。
图:发动机是由电机驱动的,以一个稳定的速度运转,当“涡轮”被启动,它可以瞬间提升发动机转速,但如果没有电机的驱动,涡轮的转动是不足以带动发动机运转的。这与真实的涡轮增压器有相似的地方,涡轮只是一个辅助工具,而所以它即便可以产生强大的动力,但也不可能直接驱动发动机运转。
图:现实中,经过压气机的空气会被管道内的气压强制“泵”进气缸,气缸的空气量更充足,气缸压力更大时,在足够的汽油配合下,其爆炸力也会更加强,因此它所能够产生的扭矩也会更大。
由于空气是经过压缩且是强制性地“泵”进气缸,所以理论上有涡轮增压的发动机相比自然吸气发动机在其最大的进气效率下吸气,涡轮发动机的气缸内都会比自然进气的机器拥有更多的气量。在此情况下,只要配合好足够的喷油量,那么气缸所能够爆发出来的力量便会更大,这也能够解释了为什么涡轮增压发动机绝大多数都可以做到一个较大的扭矩就是这样原因,而这也是为什么现在那么多车企在制作燃油车时都敢使用排量更小的涡轮发动机的原因。在赛车界就有这样的一个计算公式,如果赛例规定允许使用自然吸气发动机的车型与使用涡轮发动机车型同时参与,那么使用涡轮发动机的车型将会以其原发动机的排量乘以1.6的形式来确定其应该参与到哪一个组别作赛。
图:正因如此,有不少厂家可以使用一些更小排量的发动机辅以涡轮增压的形式,用以驱动一些车身重量更大的车型,通过这样来规避一些环保的法规。
当然,相信有不少人还是想知道这个乐高涡轮增压器是否真的能够为发动机提供到动力。实际上大神并没有在视频之中提到过任何数据。但是,我们能够看到的是,当这个涡轮增压器正式运转的时候却能够辅助发动机,让发动机的转速以肉眼可见的速度提升。其实这样也与使用了涡轮增压的车型有那么一点的相似。在搭配得当的情况下,由于气缸内的爆炸力更强,其不仅会为曲柄提供了更强大的扭矩,更会简介地提升发动机的转速。所以,我们再回过头来看,这个乐高装置是不是成功呢?我个人认为也算是成功的,虽然我们没有数据支撑证明它是否能够为发动机提供较大的动力,但既然能够扭转连接发动机的轴使发动机的转速提升,那已经可以说明,它提供了一个更大的,克服发动机阻力的力量,所以我们也有理由相信,这个装置确实能够像真正的涡轮增压那般为发动机提供辅助动力的。
好了,课就上到这里了,各位还看到有什么使用乐高搭建的,与汽车有关的东西也可以给我们推荐,咱们也可以从乐高积木中给大家科普关于他们的原理哦。
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这款模型引擎由透明的积木块构成,其中可以清晰地看到每个V形结构中的三个黄色活塞。在真实的汽油引擎中,涡轮增压器会被安装在引擎附近,并通过管道与进气和排气系统相连。但在这个乐高模型中,我们看到的是一个灰色的盒子,顶部有一个圆形的旋转装置,这就是模拟的涡轮增压器。
在这个微型的工程杰作中,由于缺少真实的排气气体来驱动涡轮,设计师们运用了真空原理来吸引空气,从而驱动内部的涡轮。这个涡轮通过旋转轴与引擎相连,理论上足以单独驱动引擎旋转。当然,这只是一个动力添加装置,乐高V6引擎需要先“运行”起来,才能展现出涡轮增压的魔力。
通过电动机驱动引擎旋转,涡轮增压器开始发挥作用。尽管涡轮轴并没有改变引擎的转速,但一旦将开放的轴连接好,这个自制的装置就能如预期般工作。涡轮壳体上的执行器启动空气流动,涡轮开始旋转,黄色的活塞也随之作出反应。虽然我们无法知道引擎的具体转速,但可以明显看到涡轮确实使引擎转速加快。
这个乐高模型并不符合传统涡轮增压器的定义,但它已经足够接近,让我们能够享受这个小规模工程杰作所带来的视觉和听觉享受。这不仅仅是一个玩具,更是一次对涡轮增压原理的有趣探索和创新展示。
它证明了即使是最简单的材料和构造,也能够以一种富有创意的方式来模拟复杂的工程原理。这样的创造力和工程能力,无疑给我们带来了无尽的满足感。这款乐高V6引擎模型的涡轮增压器的声音,确实是让人听了就停不下来。
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