渦輪增壓

渦輪增壓(Turbo Boost)，是一種利用內燃機(Internal Combustion Engine)運作轉產生的廢氣驅動空氣壓縮機(Air-compressor)的技術。

基本介紹

• 中文名：渦輪增壓
• 外文名：Turbo  Boost
• 功能：提升內燃機的馬力輸出

發展歷史

渦輪增壓器(Turbo Booster)的發明者是誰，比較公認的說法是瑞士工程師比希，他於1905年申報了此項專利。當時主要套用于飛機發動機和坦克發動機，直到1961年美國通用汽車公司才將渦輪增壓器試探性的裝在其生產的某種車型上。20世紀70年代成為了渦輪增壓器的一個轉折點，裝配增壓發動機的保時捷911問世。但讓渦輪增壓技術煥發青春的非瑞典SAAB薩博公司莫屬，它於1977年推出的SAAB99車型將渦輪增壓技術傳播的更廣泛，但那時的渦輪增壓器僅限於裝配在小車的汽油發動機上面。一直到80年代中期，歐美的卡車製造商才將渦輪增壓技術套用在各自的柴油發動機上面，而國產車是在這10年才開始逐漸流行帶渦輪增壓器車型的。

增壓目的

渦輪增壓的主要作用就是提高發動機進氣量，從而提高發動機的功率和扭矩，讓車子更有勁。一台發動機裝上渦輪增壓器後，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一台的發動機在經過增壓之後能夠輸出更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發動機來說，經過增壓之後，動力可以達到2.4L發動機的水平，但是耗油量卻並不比1.8L發動機高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經濟性和降低尾氣排放。

負面影響

不過在經過了增壓之後，發動機在工作時的壓力和溫度都大大升高，因此發動機壽命會比同樣排量沒有經過增壓的發動機要短，而且機械性能、潤滑性能都會受到影響，這樣也在一定程度上限制了渦輪增壓技術在發動機上的套用。

增壓原理

渦輪增壓工作原理圖，紅色為高溫廢氣，藍色為新鮮空氣。

渦輪增壓示意圖

最早的渦輪增壓器是用於跑車或方程式賽車的，因此在那些發動機排量受到限制的賽車比賽裡面，發動機能夠獲得更大的功率。眾所周知，發動機是靠燃料在氣缸內燃燒做功來輸出功率的，由於輸入的燃料量受到吸入氣缸內空氣量的限制，因此發動機所輸出的功率也會受到限制。如果發動機的運行性能已處於最佳狀態，再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進入氣缸來增加燃料量，從而提高燃燒做功能力。因此在現有的技術條件下，渦輪增壓器是唯一能使發動機在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機械裝置。

大家可能會覺得渦輪增壓裝置非常複雜，其實它並不複雜，渦輪增壓裝置主要是由渦輪室和增壓器組成。首先是渦輪室的進氣口與發動機排氣歧管相連，排氣口則接在排氣管上。然後增壓器的進氣口與空氣濾清器管道相連，排氣口接在進氣管上，最後渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內，二者同軸剛性聯接。這就是一個完整的渦輪增壓裝置，你的發動機就好像電腦CPU一樣被“超頻”了。

我們平常所說的渦輪增壓裝置其實就是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加發動機的進氣量，一般來說，渦輪增壓都是利用發動機排出的廢氣慣性衝力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪帶動同軸的葉輪，葉輪壓縮輸送由空氣濾清器管道來的空氣，使之增壓之後進入氣缸。當發動機轉速增快，廢氣的排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪又壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以使更多的燃料充分燃燒，相應的增加燃料量和調整一下發動機的轉速，就可以實現增加發動機的輸出功率了。

增壓類型

按排氣能量在渦輪中的利用方式可以分為以下兩種系統：

定壓渦輪增壓系統

定壓渦輪增壓系統是把內燃機所有氣缸的排氣收集到一個體積足夠大的排氣管內，然後再引入渦輪。儘管各缸是交替排氣的，但由於排氣管的穩壓作用，渦輪入口處的壓力基本不變，故稱為定壓增壓系統。

定壓渦輪增壓的主要優點是：渦輪在定壓下全周進氣，效率較高；氣流引起的激振較小，不易引起葉片斷裂；排氣系統簡單，成本較低，易於布置維護。主要缺點是脈衝能量的利用率較低，試驗表明，當增壓壓力較小時，定壓增壓系統僅僅利用了排氣能量的12%~15%，高增壓時可達30%以上。此外，定壓增壓的內燃機的低速扭矩特性和加速性能較差。

脈衝渦輪增壓系統

脈衝渦輪增壓系統旨在提高在定壓系統中損失能量的利用率。這種方案的特點是排氣管做的短而細，排氣系統的溶積要儘可能小，使排氣能直接迅速地進入渦輪機中膨脹做功，減少節流損失。此外，為減少各缸排氣壓力波的相互干擾，往往採用兩根或更多排氣支管將相鄰發火氣缸的排氣相互隔開。

脈衝系統比定壓系統能更好的利用內燃機的排氣能量，且排氣管容積越小越好，以至於近年來出現了一種將增壓器與排氣管做成一體的緊湊結構。

冷卻系統

中冷器是增壓系統的一部分。當空氣被高比例壓縮後會產很高的熱量，導致空氣膨脹密度降低，而同時也會使發動機溫度過高造成損壞。為了得到更高的容積效率，需要在注入氣缸之前對高溫空氣進行冷卻。這就需要加裝一個散熱器，原理類似於水箱散熱器，將高溫高壓空氣分散到許多細小的管道里，而管道外有常溫空氣高速流過，從而達到降溫目的（可以將氣體溫度從150℃降到50℃左右）。由於這個散熱器位於發動機和渦輪增壓器之間，所以又稱作中間冷卻器，簡稱中冷器。

工作環境與保養方法

渦輪增壓器是利用發動機排出的廢氣驅動渦輪，它再怎么先進還是一套機械裝置，由於它經常處於高速、高溫下工作，增壓器廢氣渦輪端的溫度在600度以上，增壓器的轉速也非常高，因此為了保證增壓器的正常工作，對它的正確使用和維護十分重要。主要我們要遵循以下的方法：

1、汽車發動機啟動之後，不能急踩加速踏板，應先怠速運轉三分鐘，這是為了使機油溫度升高，流動性能變好，從而使渦輪增壓器得到充分潤滑，然後才能提高發動機轉速，起步行駛，這點在冬天顯得尤為重要，至少需要熱車5分鐘以上。

2、發動機長時間高速運轉後，不能立即熄火。原因是發動機工作時，有一部分機油供給渦輪增壓器轉子軸承潤滑和用於冷卻，正在運行的發動機突然停機後，機油壓力迅速下降為零，機油潤滑會中斷，渦輪增壓器內部的熱量也無法被機油帶走，這時增壓器渦輪部分的高溫會傳到中間，軸承支承殼內的熱量不能迅速帶走，而同時增壓器轉子仍在慣性作用下高速旋轉。這樣就會造成渦輪增壓器轉軸與軸套之間“咬死”而損壞軸承和軸。此外發動機突然熄火後，此時排氣歧管的溫度很高，其熱量就會被吸收到渦輪增壓器殼體上，將停留在增壓器內部的機油熬成積炭。當這種積炭越積越多時就會阻塞進油口，導致軸套缺油，加速渦輪轉軸與軸套之間的磨損。因此發動機熄火前應怠速運轉三分鐘左右，使渦輪增壓器轉子轉速下降。此外值得注意的就是渦輪增壓發動機同樣不適宜長時間怠速運轉，一般應該保持在10分鐘之內。

3、選擇機油的時候一定要注意。由於渦輪增壓器的作用，使進入燃燒室的空氣品質與體積有大幅度的提高，發動機結構更緊湊、更合理，較高的壓縮比，使發動機的工作強度更高。機械加工精度也更高，裝配技術要求更嚴格。所有這些都決定了渦輪增壓發動機的高溫、高轉速、大功率、大扭矩、低排放的工作特點。同時也就決定了發動機的內部零部件要承受較高的溫度及更大的撞擊、擠壓和剪下力的工作條件。所以在選用渦輪增壓轎車車用機油時，就要考慮到它的特殊性，所使用的機油必須抗磨性好，耐高溫，建立潤滑油模組，油膜強度高和穩定性好。而合成機油或半合成機油恰好可以滿足這一要求，所以機油除了最好使用原廠規定機油外還可以選用合成機油、半合成機油等高品質潤滑油。

4、發動機機油和濾清器必須保持清潔，防止雜質進入，因為渦輪增壓器的轉軸與軸套之間配合間隙很小，如果機油潤滑能力下降，就會造成渦輪增壓器的過早報廢。

5、需要按時清潔空氣濾清器，防止灰塵等雜質進入高速旋轉的壓氣葉輪，造成轉速不穩或軸套和密封件加劇磨損。

6、需要經常檢查渦輪增壓器的密封環是否密封。因為如果密封環沒有密封住，那么廢氣會通過密封環進入發動機潤滑系統，將機油變髒，並使曲軸箱壓力迅速升高，此外發動機低速運轉時機油也會通過密封環從排氣管排出或進入燃燒室燃燒，從而造成機油的過度消耗產生“燒機油”的情況。

7、渦輪增壓器要經常檢查有沒有異響或者不尋常的震動，潤滑油管和接頭有沒有滲漏。

8、渦輪增壓器轉子軸承精密度很高，維修及安裝時的工作環境要求很嚴格，因此當增壓器出現故障或損壞時應到指定的維修站進行維修，而不是到普通的修理店。

9、要保持空氣濾清器的清潔，與普通發動機相比，渦輪增壓發動機對清潔的要求更高。因為若雜質進入壓氣葉輪，會造成轉速不穩或軸套和密封件加劇磨損。

10、發動機機油保持清潔，渦輪增壓發動機對機油的要求也比較高，必須保持清潔。另外如果機油變質要及時更換。否則機油的潤滑能力下降，會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞，增加保養成本，甚至造成渦輪增壓器的過早報廢。

11、著車就走和立即熄火對渦輪增壓發動機都不好，發動機發動後最好怠速運轉一陣，使潤滑油充分潤滑軸承，對發動機起到很好的保護作用。另外，發動機長時間高速運轉後，應怠速運轉3-5分鐘再熄火，否則，會引起渦輪增壓器內滯留的機油過熱而損壞軸承和軸。