汽车：涡轮增压百年

五岳盟主/编辑

涡轮增压器100岁了，还在汽车界扮演着重要的角色，提供着双重需求：既迎合政府严格的排放标准，又能满足客户的驾驶乐趣。
发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。轮增压器是用来提高发动机功率和减少排放的重要部件，其本身不是一种动力源，它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

说到涡轮增压器，也就是近10年才被人们常常提到，哪知道它已经100岁了。在1905年，Sulzer Brothers Research and Development 公司的Alfred Buchi博士申请了第一款涡轮增压器的专利――动力驱动的轴向增压器，1911年在瑞士的Winterthur增压器厂开工，在1915年制造出了原型航空器发动机增压器，利用发动机废气驱动，主要目的是用来克服高海拔稀薄空气对动力的负面影响。在1919年，通用电气(GE)制造的增压器将飞行器升到了一万米高空。当时的人们还没有完全认识到增压器的潜力，直到1938年第一款带增压的卡车发动机面市。
■ 汽车增压技术走向成熟
Buchi是涡轮增压器之父，Garrett将它广泛推广。到了1961年，小轿车才开始试探性地安装增压器，首先出现在Oldsmobile F85上, 并在1962年上市。使用了增压技术的Oldsmobile Jetfire3.5升V8发动机达到了215马力，而非增压的最好成绩只有185马力。对于轿车，20世纪70年代是涡轮增压器的一个转折点。带增压的Porsche911于1975年面市。1977年Saab 99 将涡轮增压器技术传播得更广泛，使2升发动机的动力性能与3升发动机相同。接着是奔驰300D Turbo，它的动力性能给人留下了很深的印象。1978年别克Regal和Le Sabre运动款安装了涡轮增压器。在20世纪最后20年中，带涡轮增压器的车型一款款的出现了。涡轮增压器在赛车中也起着重要的作用，包括WRC、勒芒24小时。
涡轮增压器会产生更大的扭矩以满足驾驶乐趣。为了满足发动机不同转速下的需求，1989年出现了可变增压的涡轮增压器（VNT）。在发动机低速时，涡轮增压器减小喉口，提高增压；在发动机全速运转时，涡轮增压器喉口增大，保证增压不会超出需求。喉口可用真空管控制。优点是提高了发动机低速时的加速性能。今天的涡轮增压器已经变得部件更少、体积更小、转速更高（高达280000rpm），空气压缩比已经达到2～2.5∶1（汽油机）和4～6∶1（柴油机）。

■ 涡轮增压器工作原理简单，但制造工艺要求高
涡轮增压器就是一个气泵，涡轮增压器安装在发动机的排气管上，发动机气缸排除的废气推动涡轮叶轮转动。再带动压气机叶轮将经空滤器滤清的空气加压后送入气缸。因为进入气缸的空气增多，所以允许喷入更多的燃油或使燃油燃烧更充分，从而使发动机产生更大的功率和降低排放、减少污染。另外，涡轮增压器还可以使发动机在高原工作时获得功率补偿。由发动机排出的废气来驱动涡轮增压器一侧的叶轮，当它越转越快时，另一侧的叶轮也在同步加快，增大了进入燃烧室的进气量。就像你所理解的，压缩后的空气会变得很热，所以在进入燃烧室前要进行冷却，就是我们常说的中冷。中冷也帮助降低了燃烧室的温度。
涡轮增压器的原理很简单，但实际上它是很复杂和精密的。不仅需要内部配件的严密配合，涡轮增压器还要和发动机严密匹配，否则就会降低发动机的效率甚至造成损坏。
■ 涡轮增压器带来的好处
今天，随着排放标准的越来越严格，汽车制造商不仅要满足环保要求，同时又要满足客户的需求，保证足够的驾驶乐趣。涡轮增压器正好能满足降低排放并提高燃油经济性，同时又不会以失去驾驶乐趣为代价。涡轮增压器能够提供更好的燃油经济性，因为增压会给燃烧室提供更多的空气，使燃烧更彻底，排放更干净。对于汽油机，CO2的排放与相同功率的自然吸气发动机相比要少10～20%。其他好处有：在高海拔地区也能满足空气供给；在冷启动时使三元催化更快进入工作等。
今天在欧洲，涡轮增压器已经占到了50%，在亚洲、美国也都在增长。现代涡轮增压器也改变了人们对柴油机的看法，涡轮增压器已经成为提高动力性能的主流方向。随着新的耐高温材料、新的平衡技术和微量润滑油轴承系统及全新电子控制的使用，涡轮增压器对于21世纪的汽车还同样起着重要的作用。
使用注意事项
由于涡轮增压器经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600℃左右，增压器转子以832－1040r／min 的高速旋转，因此为了保证增压器的正常工作，使用中应注意以下几点：
1、不能着车就走。发动机发动后，特别是在冬季，应让其怠速运转一段时间，以便在增压器转子高速运转之前让润滑油充分润滑轴承。所以刚启动后千万不能猛轰油门，以防损坏增压器油封。
2、不能立即熄火。发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的。正在运行的发动机突然停机后，机油压力迅速下降为零，增压器涡轮部分的高温传到中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，因此，发动机热机状态下如果突然停机，会引起涡轮增压器内滞留的机油过热而损坏轴承和轴。所以发动机大负荷、长时间运行后，在熄火前应怠速运转3－5min，让增压器转子的转速降下来以后再熄火。特别要防止猛轰几脚油门后突然熄火。
3、 保持清洁。拆卸增压器时，要保持清洁，各管接头一定要用清洁的布堵塞好，防止杂物掉进增压器内，损坏转子。维修时应注意不要碰撞损坏叶轮，如果需要更换叶轮，应对其做动平衡试验。重新装复完毕后，要取出堵塞物。
4、由于增压器经常处于高温下运转，它的润滑油管线因受高温作用，内部机油容易有部分的结焦，这样会造成增压器轴承的润滑不足而损坏。因此，润滑油管线在运行一段时间后要进行清洗。
5、经常注意检查增压器的运转情况。在出车前、收车后，应检查气道各管的连接情况，防止松动、脱落而造成增压器失效和空气短路进入气缸。