e_o

说到涡轮增压（Turbo），大家想必都非常熟悉。如今市面上大部分汽车都采用了涡轮增压。我们经常可以看到汽车尾部的Turbo或者T字样，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。但是大家对于耳熟能详的涡轮增压是否了解呢？是只闻其名，不知其实？还是知其然，不知其所以然？


    本期碳元素为大家解惑，让我们一起探讨一下应用于汽车引擎的涡轮增压技术。    涡轮增压是汽车发动机的一种进气形式，常见的涡轮增压分为机械涡轮增压（大家称之为机械增压）和废气涡轮增压（大家称之为涡轮增压），加上同样为人熟知的自然吸气（NA），这三者是目前市面上常见的3中汽车发动机进气形式。那么问题来了，发动机进气为什么需要增压呢？    我们知道，燃油在发动机内点燃需要氧气，氧气越多燃烧越充分，发动机工作也就越好。氧气的来源即是外界的空气，也就是说，进入发动机的空气越多越好。    涡轮增压技术的主要作用就是压缩空气，提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。同时，使燃油燃烧更加充分，提高燃油经济性和降低尾气排放。    一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L自然吸气发动机的水平，但是耗油量确实比1.8L自然吸气发动机稍高。    下面，我们来了解一下之前提到的汽车发动机3种常见进气形式：自然吸气、涡轮增压、机械增压。自然吸气（NA）    自然吸气（Normally Aspirated，简称NA）是指在不通过任何增压器的情况下，大气压将空气压入燃烧室的一种形式。


自然吸气发动机的主要优势：1、在动力输出上的平顺性与响应的直接性上要远优于增压发动机。    2、后期的养护费用较之涡轮增压发动机更低。劣势：    1、与增压发动机相比，动力性有明显差距。涡轮增压（Turbocharger）    涡轮增压（Turbocharger）是利用发动机排放出的废气冲击涡轮来压缩进气，从而提高发动机功率。


涡轮增压发动机的主要优势：
   1、拥有良好的加速持续性，用通俗的话说就是后劲十足。最大扭矩输出的转速范围宽广，扭矩曲线平直。    2、提高燃油经济性，降低尾气排放。    3、利用废气的能量，不消耗发动机的动力。劣势：    1、平顺性有待提升，低速时涡轮不能及时介入，有一定的滞后性。涡轮迟滞，动力输出不线性，这是涡轮增压最大的缺点。    2、使得整个系统温度提高，需要额外解决高热影响。为解决高热影响，需要使用耐高温抗氧化的冷却和润滑介质，加装冷却器等。    3、后期养护费用较高。机械增压（Supercharger）    机械增压（Supercharger）不同于涡轮增压，并不依靠排出的废气能量来压缩空气，而是通过一个机械式的空气压缩机与曲轴相连，通过发动机曲轴的动力带动空气压缩机旋转来压缩空气。


机械增压发动机的主要优势：
   1、机械增压器始终在“增压”，因此在发动机低转速时，其扭矩输出就十分出色。    2、由于空气压缩量完全是按照发动机转速线性上升的，整个发动机运转过程与自然吸气发动机极为相似，加速十分线性，没有涡轮迟滞现象。劣势：    1、高转速时机械增压器对发动机动力的损耗巨大。    2、机械增压依靠皮带带动，驱动力还是发动机，因此不利于油耗表现。    就上述3种发动机进气方式而言，自然吸气被日益成熟的涡轮增压技术所取代，涡轮增压凭借其出色的动力性能和节能减排表现最为人所接受，而机械增压在低排量车型上油耗高，在高排量车型上高转速无力，使用的并不多。    目前市面上大部分车型都是涡轮增压。对于涡轮增压发动机来说，涡轮迟滞现象始终是其难以逃避的问题，特别是对于一些性能车来说，强劲的动力不忍放弃，但非线性的动力输出是个头疼的问题。为了解决这个问题，各大汽车厂商都绞尽脑汁开发新技术。双涡轮增压（Twin turbo motor）    双涡轮增压（Twin turbo motor）是涡轮增压的一种改良，它针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象，串联一大一小两只涡轮或并联两只同样的涡轮，在发动机低转速的时候，较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，减小涡轮迟滞效应。


双涡轮增压采用2个相互独立的涡轮增压器的增压系统。当发动机在2个涡轮增压器的共同作用时，进气效率大幅提升，增压效果更加显著，动力性得到很大提升。    在发动机转速较低时，只有一个低速涡轮工作，这时较少的排气即可驱动这只涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，当发动机转速提升以后，高速涡轮工作继续进入高增压值的状态，提供一个连贯的强劲动力。    这样双涡轮增压技术在提高发动机动力性的同时，可以改善涡轮增压的“迟滞现象”。但是，双涡轮增压发动机并不能完全消除“涡轮迟滞”现象，毕竟，涡轮增压器叶轮的惯性作用依然存在。电动涡轮    电动涡轮由电机控制电动涡轮增压器，不靠废气带动，电机能在极短时间内将小尺寸涡轮带到一个相当高的转速，这同样可以增加压力从而增加进气量，使发动机在低转速状态也能有很好的性能表现。


  电动涡轮增压并不是取代传统涡轮增压器，而是两者相辅相成，被独立分为两部分。当发动机转速较低时由电动涡轮增压器来为发动机的进气提供增压效果；发动机转速较高时由废气驱动的涡轮增压器来为发动机的进气提供增压效果。两者就像是接力赛队员一样，当发动机转速达到一定程度，电动涡轮将接力棒交给传统的废气涡轮。    从目前来看，虽然电动涡轮能缓解甚至完全解决低速疲软这一问题，但与传统涡轮的衔接成了新问题，加上对电动涡轮在成本和可靠性上的担忧，它的普及可能还需要时间。保时捷VTG可变几何涡轮技术    其涡轮叶片的几何形状是可变的。通过不同工况下（通常是转速）改变排气侧涡轮叶片的几何形状，从而减少涡轮增压器的延迟现象。


VTG技术在涡轮的外侧加了一环可通过电子系统控制角度的叶片，把发动机排出的废气导向到排气侧的涡轮叶片上。    当发动机的转速较低的时候，废气压力较低，导流叶片打开角度较小，根据流体力学原理，在导向叶片出口处的气流速度会增加，到达涡轮排气侧叶片上的气体压强会增大，从而能够提高发动机低转速下涡轮的转速，减轻“涡轮延迟”现象。    随着发动机的转速的提高，导向叶片的角度逐渐变大。当发动机达到最大负荷的时候，导向叶片完全打开，与排气侧主体涡轮形成一个更大的叶片，达到大涡轮的输出效果。    VTG技术通过导向叶片改变废气作用在排气侧涡轮叶片上的压力，控制涡轮的转速，从而控制涡轮的增压压力。由于涡轮转速得到控制，增压压力也得到了控制，采用VTG技术的发动机不再需要传统废气涡轮增压发动机的放气阀（Blow off valve）。    搭载VTG技术的911 GT2，能输出353kw的功率。在1950rpm到5000rpm如此宽的转速范围都可输出高达620N·m的巨大扭矩。由此可见VTG显著的成效。大众双增压TSI    为解决传统废气涡轮增压技术固有的缺点，大众把废气涡轮增压以及机械增压技术相结合，辅以燃油分层喷注技术，开发出了TSI发动机。实现了发动机轻量化、小排量高输出以及低转速高响应性。


  具体来说，TSI的涡轮是根据以下逻辑进行动作的：    1.在低转速时，由于废气涡轮的迟滞效应，大部分的增压压力都由机械增压器产生。发动机低转响应性更好，废气涡轮增压器的启动更加平顺。    2.当转速达到1500rpm时，两个增压器同时产生作用，总增压值达到2.5bar。随着转速提高，废气涡轮增压器使发动机获得更大的动力，而机械增压器由于摩擦的增大，增压效果逐渐降低。    3.当转速超过3500rpm时，发动机管理系统控制电磁离合器分离，使得机械增压器退出工作，减少摩擦损耗。此时，废气涡轮增压器完全提供发动机的增压压力。宝马单涡轮双涡管技术    BMW单涡轮双涡管发动机排气歧管由两个分离导管组成并进入涡轮增压器的排气涡轮部分。废气依照点火顺序从汽缸排出，各来自半数汽缸的两股气流进入涡轮增压器推动涡轮扇叶。涡轮扇叶同时交互接触到来自歧管的两个不同导管的气流，而且分离的排气导管所排出的气体彼此并不会以负面方式交互影响，让气流能平稳地推动涡轮增压器，进而使得涡轮在极低的转速内就能产生极佳的增压效果。运用该项技术，宝马使得汽油发动机在效率上无比接近柴油发动机。


  以上是比较有名的涡轮增压技术，当然，还有其他公司在涡轮技术上都有自己的一些独到研究，是在普通涡轮增压的基础上略有改进。


   随着涡轮技术的日益成熟，越来越多的车型使用涡轮增压，自然吸气那种纯粹激情的迷人声浪渐渐离我们远去。而电动汽车的出现并在将来的普及，说不定会把内燃机汽车都淘汰了，历史总是大步向前，但是对于我们车迷来说，机械式的才是最具有魅力的。

duguyizhi

涡轮增压技术早就成熟了。今后会逐渐的占有更多市场。动力就是比自然吸气的强很多。