渦輪增壓發動機是利用廢氣驅動渦輪高速轉動，再由渦輪帶動壓氣葉輪將空氣加壓後送入氣缸的。據說渦輪轉速最高能超過30萬轉/分。

我們知道排氣衝程排氣門打開，活塞向上運動，將廢氣排出氣缸。但是活塞運行速度的極限一般為27米/秒，這個速度推出來的廢氣怎麼可能有那麼強大的能量呢？

不知道你有沒有有過這樣的經歷：汽車排氣管壞了以後排氣的噪音非常大，跟放鞭炮一樣。這是因為廢氣從氣缸排出的瞬間其速度已經超過音速了，而噪音就是一個小型的音爆。尾氣速度這麼高，把增壓器推到30萬的轉速也就很合理了。

但是你不感到奇怪嗎？活塞移動的極限速度只有27米/秒左右，而音速大約為340米/秒，活塞這麼低的速度如把廢氣推到能產生音爆的速度呢？

其實這是由於排氣門早開導致的

在做功衝程可燃混合氣在氣缸內燃燒，產生很高的壓力，推動活塞下行輸出動力。在活塞還沒有完全運行到下止點的時候排氣門就打開了，此時氣缸內仍然有很高的壓力。

高壓混合氣在排氣門打開的瞬間會以音速從排氣門噴出，音速和空氣溫度有關，溫度越高聲音的傳播速度越快。而氣缸內的廢氣溫度接近上千度，所以此時的音速高達500-700米/秒。所以高溫高壓的燃氣以遠高於環境音速的速度劇烈膨脹，就產生了一個個小小的音爆。

排氣門為什麼要早開呢？

看到這裡你可能要問：做功衝程還沒結束，為什麼就提前打開排氣門讓高壓燃氣排出去，留在氣缸里不是還能繼續推動活塞嗎？

沒錯，這些燃氣留在氣缸里確實還能發揮點餘熱。但俗話說「魚與熊掌不可兼得」，提前釋放燃氣看起來是浪費，但不提前排放的話發動機性能會受到嚴重影響。雖然提前排出燃氣會導致浪費，但是和獲得的收益相比這買賣還是划算的。

因為發動機的氣門並不是一瞬間全部打開的，而是隨著凸輪的驅動一點點打開到最大程度，然後再逐漸關閉。

發動機運行時轉速很高，留給排氣的時間極短。假如排氣門一定要等到做功衝程完全結束後才打開，那麼在活塞開始上行排氣的初期由於排氣門開度很小，氣缸內大量高壓廢氣都要靠活塞往外推，這就會極大的增加活塞的運行阻力，從而嚴重損耗發動機動力。

所以工程師就設計了排氣門早開的邏輯，在做功衝程還沒結束的時候就提前打開排氣門，這樣大量廢氣就會在高壓下以極高的速度自行噴涌而出。而高速流動的廢氣在慣性作用下還可以產生抽氣的效果，帶動氣缸里剩餘的廢氣一起自行排出，這個過程叫自由排氣階段，廢氣自主離開氣缸。

等自由排氣結束後氣缸里大約60%的廢氣已經排空，活塞只需要把剩餘的少數廢氣推出氣缸即可，這個階段叫做強制排氣階段。此時活塞的排氣阻力會大大降低，獲得的收益遠大於讓混合氣繼續做功。

而渦輪增壓發動機正是利用了自由排氣階段的巨大能量才能讓渦輪增壓器達到那麼高的轉速，從而給發動機提供充足的增壓壓力來提升動力的。如果單靠活塞強制排氣的話無論如何也無法讓增壓器達到那麼高的轉速。

這下你明白渦輪增壓器為什麼能達到那麼高的轉速了吧，如果感覺以上內容有用，歡迎關注我，一起分享更多有意思的汽車知識。