關(guān)于汽車發(fā)動機(jī)渦輪增壓技術(shù)的探討

李樹鑫 紀(jì)紅 胡明 劉永珍 劉陽

【摘 要】渦輪增壓發(fā)動機(jī)是依靠渦輪增壓器來加大發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量的一種發(fā)動機(jī)，它利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣作為動力來推動位于排氣道內(nèi)的渦輪，渦輪轉(zhuǎn)動的同時帶動位于進(jìn)氣道內(nèi)同軸的葉輪，葉輪壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速加快，動力輸出就更高。

【關(guān)鍵詞】渦輪增壓發(fā)動機(jī)；增壓技術(shù)

渦輪增壓發(fā)動機(jī)（Tubro）是一個空氣壓縮機(jī)，它利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣作為動力來推動位于排氣道內(nèi)的渦輪，渦輪轉(zhuǎn)動的同時帶動位于進(jìn)氣道內(nèi)同軸的葉輪，葉輪壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速加快，高速的廢氣推動渦輪提速，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速同步加快，空氣壓縮程度得以加大，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量就相應(yīng)地增加，氣缸內(nèi)燃燒更充分，動力輸出就更高。

一、渦輪增壓發(fā)動機(jī)優(yōu)勢特點(diǎn)

內(nèi)燃機(jī)是一種耗氣機(jī)械，由于燃油需要與空氣混合才能完成燃燒沖程一旦空燃比達(dá)到某一值后，再增加燃油，不但不會產(chǎn)生更多功率，還將黑煙和未燃盡的燃油排到大氣中。發(fā)動機(jī)供油越多，黑煙就越濃。因此，當(dāng)超過空燃比極限后，繼續(xù)供油不但消耗更多燃油、使柴油機(jī)壽命縮短，還會嚴(yán)重污染大氣。渦輪增壓的最大優(yōu)點(diǎn)是它可在不增加發(fā)動機(jī)排量的基礎(chǔ)上，大幅度提高發(fā)動機(jī)的功率非增壓發(fā)動機(jī)通過曲軸的運(yùn)動直接從大氣中吸進(jìn)空氣，而渦輪增壓發(fā)動機(jī)由渦輪增壓器向發(fā)動機(jī)提供壓縮空氣。由于進(jìn)入氣缸的空氣增多所以允許噴入較多的燃油使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生較多的功率并具有較高的燃燒效率。這意味著一臺尺寸和重量相同的發(fā)動機(jī)經(jīng)增壓后可以產(chǎn)生較多的功率或者說一臺小排量發(fā)動機(jī)經(jīng)增壓后可產(chǎn)生與較大發(fā)動機(jī)相同的功率。其它還有節(jié)約燃油和降低排放等優(yōu)點(diǎn)。由于渦輪增壓器為發(fā)動機(jī)提供了更多的空氣燃油在發(fā)動機(jī)氣缸里燃燒時會燃燒得更充分、更徹底。

二、渦輪增壓存在的一些不足

（一）渦輪滯后。渦輪增壓是利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣作為動力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪（位于排氣管道內(nèi)），渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪就壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。由于葉輪的慣性作用對油門瞬時變化反應(yīng)遲緩，使得駕駛者深踩油門時，從踩下油門的瞬間開始到葉輪轉(zhuǎn)動將更多空氣壓進(jìn)發(fā)動機(jī)中間有一個很明顯的時間差，從而使動力輸出不夠線性，沒有傳統(tǒng)的自然吸氣發(fā)動機(jī)輸出直接，有一定的滯后性，也就是大家常說的渦輪滯后問題。

（二）使用范圍受限。目前市場上的渦輪增壓發(fā)動機(jī)的渦輪增壓器都需要發(fā)動機(jī)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速才能工作，我們還以上文中那款1.4T（以一款1.4T）渦輪增壓發(fā)動機(jī)為例，它的渦輪增壓器工作要求是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1750rpm，而當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到4500rpm時渦輪增壓即停止工作。在目前城市的交通條件下看，汽車在擁堵的市區(qū)大行駛時，很多時候還沒有等到渦輪工作就要減速甚至停車，啟動次數(shù)少。更何況市場上還有很多的車型渦輪工作轉(zhuǎn)速要2500rpm甚至3500rpm。它們在日常駕駛中使用次數(shù)更少。消費(fèi)者雖然花了多出普通自然吸氣發(fā)動機(jī)的價錢，卻在最平常的駕駛中體現(xiàn)不出其價值。

（三）使用成本高。第一由于渦輪增壓器是利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣驅(qū)動渦輪，長期處于高轉(zhuǎn)速、高溫的惡劣環(huán)境下，大大增加了渦輪損壞的幾率。但是就目前的技術(shù)水平而言，如今的渦輪增壓車型，渦輪使用壽命已經(jīng)基本同整車的壽命。第二因?yàn)闇u輪增壓發(fā)動機(jī)的高溫、高轉(zhuǎn)速、大功率、大扭矩、低排放的工作特點(diǎn)，在為渦輪增壓車型選擇機(jī)油時要特殊考慮，所使用的機(jī)油必須抗磨性好，耐高溫，建立潤滑油膜塊，油膜強(qiáng)度高和穩(wěn)定性好。比起同排量的自然吸氣發(fā)動機(jī)在機(jī)油上的花費(fèi)就會多一些。第三因?yàn)闇u輪增壓器的價格十分昂貴，日常使用過程中要不斷清潔空氣濾清器，防止灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的壓氣葉輪，造成轉(zhuǎn)速不穩(wěn)或軸套和密封件加劇磨損。還要保持機(jī)油濾清器的清潔，防止雜質(zhì)進(jìn)入，影響渦輪增壓壽命。

三、壓系統(tǒng)（增壓系統(tǒng)）的在使用時應(yīng)注意事項

（一）渦輪增壓發(fā)動機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是它可實(shí)現(xiàn)小排量、高功率、高扭矩。尤其是其扭矩輸出增加明顯。但由于渦輪介入程度取決于轉(zhuǎn)速高低，因此初期渦輪增壓車型存在渦輪時滯的問題，那么是否應(yīng)對渦輪遲滯需要維持高轉(zhuǎn)速駕駛？不一定，隨著渦輪增壓技術(shù)的進(jìn)步，其在低轉(zhuǎn)速情況下渦輪就已經(jīng)開始介入，目前在售的多數(shù)增壓車型，在2000rpm前就可以輸出80%甚至100%的扭矩，因此沒必要維持高轉(zhuǎn)速，那樣還會造成油耗增加。

（二）渦輪增壓發(fā)動機(jī)要選擇耐高溫、抗氧化好的優(yōu)質(zhì)機(jī)油，并且還要注意適當(dāng)縮短機(jī)油的更換周期。渦輪增壓器屬于高溫部件，因?yàn)轵?qū)動它運(yùn)行的氣體直接來自氣缸內(nèi)排出的廢氣，溫度高達(dá)900°C-1000°C，而在全負(fù)荷狀態(tài)下，渦輪的轉(zhuǎn)速可達(dá)每分鐘18萬-20萬轉(zhuǎn)。很顯然，渦輪在如此高溫下還要做著如此的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，那就需要特別高效穩(wěn)定的潤滑條件。而且在高溫高壓環(huán)境下工作，增壓器的各個部件以及潤滑油就必須具備良好的耐高溫性和密封性。

（三）冷車啟動要慢行、熱車也要怠速一會再熄火。我們知道渦輪屬于一種高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件，所以需要潤滑油的實(shí)時保護(hù)，而在冷車啟動的初期，機(jī)油溫度通常都比較低，也比較粘稠，潤滑效果不佳，而待其升溫到正常工作溫度則需要有一個過程和時間，如果在這幾分鐘內(nèi)您強(qiáng)迫渦輪以全負(fù)荷的狀態(tài)工作，那么就會增大渦輪的磨損，縮短渦輪的壽命。所以正確的使用方法是，您在開車的頭幾分鐘應(yīng)先怠速運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘，等機(jī)油進(jìn)入最佳狀態(tài)后，再踩油門讓發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是在北方的冬天，冷車啟動后一定要注意先讓車熱熱再走。而關(guān)于停車則很容易被車主忽略，由于渦輪工作時溫度非常高，所以停車以后您最好先原地怠速一會兒再滅車，這就可以讓渦輪的溫度一點(diǎn)點(diǎn)降低下來，需要注意的是在滅車后渦輪由于慣性所致還會繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時仍然需要機(jī)油潤滑，若您突然關(guān)掉發(fā)動機(jī)，那么整個發(fā)動機(jī)系統(tǒng)都不再工作，渦輪的冷卻系統(tǒng)和潤滑油供應(yīng)都會嘎然而止，只能靠自然冷卻，這樣則會導(dǎo)致渦輪壽命銳減，所以我們建議使用渦輪發(fā)動機(jī)的車型最好都能先原地怠速一會再滅車。

（四）要對渦輪增壓器進(jìn)行定期檢查，檢查各個密封環(huán)是否有損壞、機(jī)油進(jìn)油管和回油管接頭是否有松動和滲油的跡象、增壓器廢氣排出口是否殘留有機(jī)油、壓縮機(jī)進(jìn)氣直管壁內(nèi)是否有機(jī)油、以及渦輪增壓器是否有異響或者不正常的震動。如果在您平時使用過程中發(fā)現(xiàn)有以上不正常現(xiàn)象，這時就需要盡早到4S店去檢修了，以避免發(fā)生更嚴(yán)重的部件損傷。

（五）注意保持渦輪的清潔。渦輪增壓器轉(zhuǎn)軸與軸套之間的配合間隙很小，所以如果使用的機(jī)油不干凈或者由于機(jī)油濾清器不干凈導(dǎo)致有雜質(zhì)進(jìn)入，那樣就會造成渦輪增壓器的過度磨損。另外，如果吸入的空氣中含有大量雜質(zhì)，這些灰塵顆粒一旦進(jìn)入高速運(yùn)轉(zhuǎn)的增壓器葉輪，就會使灰塵顆粒撞擊增壓器葉輪，從而造成渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)、軸套和密封件磨損，因此使用渦輪的車型要特別注意及時更換機(jī)油濾清器和空氣濾清器，保持渦輪的清潔

（六）由于渦輪增壓器轉(zhuǎn)子軸承精密度很高，維修及安裝時的工作環(huán)境要求很嚴(yán)格，所以增壓器出現(xiàn)故障或損壞時應(yīng)到指定的維修站進(jìn)行維修。

四、結(jié)語

綜上，對于渦輪增壓器發(fā)動機(jī)來說，只要掌握了正確的操作方法并定期檢查維護(hù)好渦輪增壓器，不但會使渦輪增壓器的使用壽命大大延長，提高了汽車的動力性，而且也提高了汽車使用的經(jīng)濟(jì)性。

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