渦輪增壓器的角色

衛(wèi)東

說(shuō)到渦輪增壓器，在我的印象里，也就是近十幾年才被人們常常說(shuō)起，其實(shí)它已經(jīng)存在100多年了。早在1905年，Sulzer Brothers Research and Development 公司的Alfred Buchi博士申請(qǐng)了第一款渦輪增壓器的專(zhuān)利——?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)的軸向增壓器，1911年在瑞士的Winterthur建立的增壓器工廠(chǎng)開(kāi)工了，在1915年制造出了原型航空器發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器，利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣來(lái)驅(qū)動(dòng)，主要目的是用來(lái)克服高海拔稀薄空氣對(duì)動(dòng)力的負(fù)面影響。在1919年，通用電器制造的增壓器將飛行器升到了一萬(wàn)米高空。當(dāng)時(shí)的人們還沒(méi)有完全認(rèn)識(shí)到增壓器的潛力，直到1938年第一款帶增壓的卡車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)才面市。

汽車(chē)增壓技術(shù)走向成熟

Buchi是渦輪增壓器之父，Garrett則將它廣泛推廣。到了1961年，小轎車(chē)才開(kāi)始試探性地安裝增壓器，首先出現(xiàn)在Oldsmobile F85上， 并在1962上市。使用了增壓技術(shù)的Oldsmobile Jetfire3.5L V8發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到了158kW，而非增壓的最好成績(jī)只有136kW。對(duì)于轎車(chē)，20世紀(jì)70年代是渦輪增壓器的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。帶增壓的Porsche911于1975年面市。1977年Saab 99 將渦輪增壓技術(shù)傳布更為廣泛，使2L渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能與3L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)相同。接著是奔馳300D Turbo，它的動(dòng)力性能給人留下了很深的印象。在1978年別克Regal和Le Sabre運(yùn)動(dòng)款安裝了渦輪增壓器。在20世紀(jì)最后20年中帶渦輪增壓器的車(chē)型一款款地出現(xiàn)了。渦輪增壓器在賽車(chē)中也起著重要的作用，包括F1、WRC、勒芒24小時(shí)。

渦輪增壓器會(huì)產(chǎn)生更大的扭矩以滿(mǎn)足駕駛樂(lè)趣。為了滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的需求，在1989年出現(xiàn)了可變?cè)鰤旱臏u輪增壓器（VNT）。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，渦輪增壓器減小喉口，提高增壓；在發(fā)動(dòng)機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，渦輪增壓器喉口增大，保證增壓不會(huì)超出需求。喉口可用真空管控制。優(yōu)點(diǎn)是提高了發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的加速性能。今天的渦輪增壓器已經(jīng)變得部件更少、體積更小，空氣壓縮比已經(jīng)達(dá)到2—2.5∶1（汽油機(jī)）和4—6∶1（柴油機(jī)）。

渦輪增壓器工作原理簡(jiǎn)單但制造工藝要求高

渦輪增壓器就是一個(gè)氣泵，由發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器一側(cè)的葉輪，當(dāng)它越轉(zhuǎn)越快時(shí)，另一側(cè)的葉輪也在同步加快，增大了進(jìn)入燃燒室的進(jìn)氣量。就像你所理解的，壓縮后的空氣會(huì)變得很熱，所以在進(jìn)入燃燒室前要進(jìn)行冷卻，就是我們常說(shuō)的中冷，中冷也幫助降低了燃燒室的溫度。

渦輪增壓器的原理很簡(jiǎn)單，但實(shí)際上它是很復(fù)雜和精密的。不僅是內(nèi)部配件的嚴(yán)密配合，渦輪增壓器還要和發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)密匹配，否則就會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的效率甚至造成損壞。

渦輪增壓器帶來(lái)的好處

今天，隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的越來(lái)越嚴(yán)格，汽車(chē)制造商就必須要滿(mǎn)足環(huán)保要求，同時(shí)又要滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，保證足夠的駕駛樂(lè)趣。渦輪增壓器正好能滿(mǎn)足降低排放并提高燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)又不會(huì)以失去駕駛樂(lè)趣為代價(jià)。渦輪增壓器會(huì)提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)樵鰤簳?huì)給燃燒室提供更多的空氣，使燃燒更徹底，排放更干凈。對(duì)于汽油機(jī)，CO2的排放與相同功率的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比要少10～20%。其他好處有：在高海拔地區(qū)也能滿(mǎn)足空氣供給；在冷啟動(dòng)時(shí)使三元催化更快進(jìn)入工作等。

今天，渦輪增壓器不但在歐洲，在全世界范圍內(nèi)都占據(jù)了主流，尤其是小排量增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在大行其道，渦輪增壓器已經(jīng)成為提高動(dòng)力性能的主流方向。隨著新的耐高溫材料、新的平衡技術(shù)、微量潤(rùn)滑油軸承系統(tǒng)及全新電子控制的使用，渦輪增壓器將會(huì)變得越來(lái)越普及。而隨著48V電氣系統(tǒng)的逐步流行，電子渦輪增壓器也在蠢蠢欲動(dòng)?？梢哉f(shuō)增壓器與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配合將會(huì)越來(lái)越緊密。