涡轮增压发动机是利用废气驱动涡轮高速转动，再由涡轮带动压气叶轮将空气加压后送入气缸的。据说涡轮转速最高能超过30万转/分。

我们知道排气冲程排气门打开，活塞向上运动，将废气排出气缸。但是活塞运行速度的极限一般为27米/秒，这个速度推出来的废气怎么可能有那么强大的能量呢？

不知道你有没有有过这样的经历：汽车排气管坏了以后排气的噪音非常大，跟放鞭炮一样。这是因为废气从气缸排出的瞬间其速度已经超过音速了，而噪音就是一个小型的音爆。尾气速度这么高，把增压器推到30万的转速也就很合理了。

但是你不感到奇怪吗？活塞移动的极限速度只有27米/秒左右，而音速大约为340米/秒，活塞这么低的速度如把废气推到能产生音爆的速度呢？

在做功冲程可燃混合气在气缸内燃烧，产生很高的压力，推动活塞下行输出动力。在活塞还没有完全运行到下止点的时候排气门就打开了，此时气缸内仍然有很高的压力。

高压混合气在排气门打开的瞬间会以音速从排气门喷出，音速和空气温度有关，温度越高声音的传播速度越快。而气缸内的废气温度接近上千度，所以此时的音速高达500-700米/秒。所以高温高压的燃气以远高于环境音速的速度剧烈膨胀，就产生了一个个小小的音爆。

看到这里你可能要问：做功冲程还没结束，为什么就提前打开排气门让高压燃气排出去，留在气缸里不是还能继续推动活塞吗？

没错，这些燃气留在气缸里确实还能发挥点余热。但俗话说“鱼与熊掌不可兼得”，提前释放燃气看起来是浪费，但不提前排放的话发动机性能会受到严重影响。虽然提前排出燃气会导致浪费，但是和获得的收益相比这买卖还是划算的。

因为发动机的气门并不是一瞬间全部打开的，而是随着凸轮的驱动一点点打开到最大程度，然后再逐渐关闭。

发动机运行时转速很高，留给排气的时间极短。假如排气门一定要等到做功冲程完全结束后才打开，那么在活塞开始上行排气的初期由于排气门开度很小，气缸内大量高压废气都要靠活塞往外推，这就会极大的增加活塞的运行阻力，从而严重损耗发动机动力。

所以工程师就设计了排气门早开的逻辑，在做功冲程还没结束的时候就提前打开排气门，这样大量废气就会在高压下以极高的速度自行喷涌而出。而高速流动的废气在惯性作用下还可以产生抽气的效果，带动气缸里剩余的废气一起自行排出，这个过程叫自由排气阶段，废气自主离开气缸。

等自由排气结束后气缸里大约60%的废气已经排空，活塞只需要把剩余的少数废气推出气缸即可，这个阶段叫做强制排气阶段。此时活塞的排气阻力会大大降低，获得的收益远大于让混合气继续做功。

而涡轮增压发动机正是利用了自由排气阶段的巨大能量才能让涡轮增压器达到那么高的转速，从而给发动机提供充足的增压压力来提升动力的。如果单靠活塞强制排气的话无论如何也无法让增压器达到那么高的转速。