渦輪增壓淺析

蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 陸俊超

渦輪增壓淺析

蘇州建設(shè)交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 陸俊超

在排放法規(guī)日益嚴(yán)苛的今天，渦輪增壓技術(shù)被越來(lái)越多的汽車廠商所采用，甚至于一些原本堅(jiān)持自然吸氣陣營(yíng)的日系車企也逐漸加入到渦輪增壓的行列里來(lái)，渦輪增壓技術(shù)的應(yīng)用變得越來(lái)越普遍，而小排量渦輪增壓更是大勢(shì)所趨，然而大批的自然吸氣的擁躉卻認(rèn)為渦輪增壓存在諸多問(wèn)題，只不過(guò)是當(dāng)前政策下的“緩兵之計(jì)”，甚至于認(rèn)為火熱的渦輪增壓市場(chǎng)是病態(tài)的，那么，渦輪增壓技術(shù)到底有多大的優(yōu)勢(shì)以及缺點(diǎn)呢？

首先，我們來(lái)簡(jiǎn)單了解下渦輪增壓的原理，非常簡(jiǎn)單，關(guān)鍵詞就是渦輪和增壓，渦輪有兩個(gè)，一個(gè)在排氣側(cè)，一個(gè)在進(jìn)氣側(cè)，兩者由一根剛性的軸相連，排氣側(cè)的渦輪由發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的廢氣推動(dòng)，帶動(dòng)進(jìn)氣側(cè)的渦輪，相當(dāng)于一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)往發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部吹氣，就開(kāi)始了所謂的“增壓”。由于動(dòng)力來(lái)源于燃燒后的廢氣，所以這項(xiàng)技術(shù)又被稱為廢氣渦輪增壓技術(shù)。

渦輪增壓是一項(xiàng)很聰明的技術(shù)，把原本無(wú)用的廢氣利用起來(lái)，增加了進(jìn)氣壓力，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸容積固定的情況下變相增加了發(fā)動(dòng)機(jī)排量。渦輪增壓早期被應(yīng)用于限制排量的賽車上，同排量的情況下，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)功率更高，比賽中會(huì)有更大的優(yōu)勢(shì)。然而更大的進(jìn)氣量也意味著需要與之相對(duì)應(yīng)的更多的燃油消耗，所以在早期人們的概念里，渦輪增壓的車型是很費(fèi)油的，但如今采用渦輪增壓技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)都被冠以“省油”的概念，到底是渦輪增壓變了還是廠商在做虛假的宣傳？

其實(shí)都不是，這些年無(wú)論是自然吸氣陣營(yíng)還是渦輪增壓陣營(yíng)，“省油”這件事大家都不遺余力地在做。可變氣門(mén)正時(shí)與升程、缸內(nèi)直噴等節(jié)油技術(shù)在自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上都有廣泛的應(yīng)用。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)“省油”體現(xiàn)在兩點(diǎn)：一、由于技術(shù)的改進(jìn)，現(xiàn)在的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的確是比過(guò)去省油了；二、渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)由于低轉(zhuǎn)速時(shí)排氣壓力不足以推動(dòng)渦輪，所以沒(méi)有增壓，在這時(shí)，同等技術(shù)條件下的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗水平相當(dāng)于同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，而在渦輪介入以后，油耗必定是增大的，也正是由于渦輪不是時(shí)時(shí)介入，不同工況下的進(jìn)氣壓力也不同，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以理解為一種變排量的發(fā)動(dòng)機(jī)。

因而，我們可以得到這樣的結(jié)論，就是在同等技術(shù)條件下，同排量的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)必定是比自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)費(fèi)油的，而在同等動(dòng)力水平下時(shí)，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)則相對(duì)省油一些。舉一個(gè)簡(jiǎn)單例子，同等技術(shù)條件下，2.0升的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)必定比2.0升的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)費(fèi)油，而比3.0升自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)省油。

既然提到渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以達(dá)到更大排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力水平，單單一條省油的優(yōu)點(diǎn)并不足以讓如此多的廠商趨之若鶩，更重要的則是節(jié)約成本！

眾多廠商投入巨額的研發(fā)成本開(kāi)發(fā)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，根本的還是利益驅(qū)動(dòng)，要知道采用渦輪增壓技術(shù)所增加的成本可是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于優(yōu)化大排量自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的，更別說(shuō)由于發(fā)動(dòng)機(jī)體積的減小，所帶來(lái)車輛結(jié)構(gòu)上優(yōu)化的便利性以及研發(fā)、生產(chǎn)成本的大大降低。這也就是為什么這么多廠商熱衷于減少發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)排量，而不是采用閉缸技術(shù)或是混合動(dòng)力等看似簡(jiǎn)單或是會(huì)明顯增加成本的方案。

不過(guò)廠商單方面節(jié)約成本的行動(dòng)，消費(fèi)者自然是不會(huì)為此買(mǎi)單的，渦輪增壓車型市場(chǎng)的火熱更多的還是來(lái)源于政策層面。小排量渦輪增壓車型無(wú)論是購(gòu)買(mǎi)還是使用，稅費(fèi)上都會(huì)有相當(dāng)大的優(yōu)惠，再加上相對(duì)省油這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，形成了如今火熱的局面。說(shuō)句題外話，若不是更為實(shí)用且省心的混動(dòng)方案遲遲得不到政策支持，“兩田”又何苦非要引入渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)？然而看似兼顧動(dòng)力與環(huán)保，又極大降低了廠商成本，這樣“多贏”的方案真的就完美了嗎？顯然不是。

提到渦輪增壓，許多消費(fèi)者腦海中浮現(xiàn)的便是“燒機(jī)油”、“保養(yǎng)貴”、“容易壞”、“挑油品”等詞匯。且不論這些流言真假與否，這些流言多少在消費(fèi)者心中留下了“渦輪增壓=麻煩”這樣的印象。

在十多年前，由于技術(shù)的不完善，渦輪增壓車型的確有著這樣那樣的問(wèn)題，然而隨著時(shí)間的流逝，渦輪增壓車型已經(jīng)變得越來(lái)越成熟和可靠。這也就是為什么上世紀(jì)末日系車企紛紛放棄渦輪增壓車型而近幾年又重拾了對(duì)渦輪增壓的熱情。

但由于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的特性，有幾個(gè)問(wèn)題仍然無(wú)法解決。首先不可回避是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)工況比自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)惡劣得多。要知道，渦輪的轉(zhuǎn)速可是動(dòng)輒萬(wàn)轉(zhuǎn)到十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的，增壓之后的發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)整個(gè)進(jìn)排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等都增加了非常多的負(fù)荷，也對(duì)其耐用度、可靠性提出了更高的要求。當(dāng)然，這些問(wèn)題在設(shè)計(jì)之初都會(huì)考慮，但這對(duì)用戶的后期使用及保養(yǎng)也同樣提出了更高的要求。許多廠商為了更好地打開(kāi)市場(chǎng)、增加銷量，會(huì)宣傳自家的渦輪增壓車型只需要使用92汽油，使用普通的半合成機(jī)油甚至于礦物機(jī)油就可以了，但這一定是以犧牲部分性能或是耐用性作為代價(jià)的。所以，渦輪增壓車型的使用養(yǎng)護(hù)成本的確是會(huì)比自然吸氣車型略高一些。

第二，渦輪增壓車型，尤其是小排量渦輪增壓車型，平順性的確是比同等動(dòng)力水平的自然吸氣車型要差一些。這里的平順性體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是發(fā)動(dòng)機(jī)本身的平順性，多缸數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火間隔更短，動(dòng)力銜接更順暢，更不用說(shuō)多缸數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)往往采用V形排列，結(jié)構(gòu)上有著天然的優(yōu)勢(shì)；二是動(dòng)力輸出的平順性，因?yàn)闇u輪增壓依靠廢氣推動(dòng)，在廢氣不足以推動(dòng)渦輪提供正壓時(shí)，由于基礎(chǔ)排量小，動(dòng)力就會(huì)顯得羸弱，而渦輪開(kāi)始介入時(shí)，突然爆發(fā)的動(dòng)力又使得車輛不易控制。雖然各大廠商都在采用低慣量渦輪，并將渦輪介入的轉(zhuǎn)速提前，從而降低渦輪遲滯，提高平順性，但終究也沒(méi)能改變渦輪增壓的根本特性。

第三，動(dòng)力儲(chǔ)備不足。這里很多讀者可能會(huì)有疑問(wèn)，要知道，許多小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)論是功率還是扭矩都大于同款車型搭載的更大排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，百公里加速也是更快，何來(lái)動(dòng)力不足一說(shuō)。但如果你兩部車都在高速開(kāi)過(guò)，你一定會(huì)認(rèn)同我的觀點(diǎn)。渦輪增壓車型受限于增壓壓力，往往存在后段乏力的情況，而自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)則是越到高轉(zhuǎn)動(dòng)力越好，高速上無(wú)論超車還是巡航，大排量的底氣都會(huì)讓你更為游刃有余。

渦輪增壓技術(shù)經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，已經(jīng)變得較為可靠和成熟，也有了較為廣闊的市場(chǎng)，綜合使用環(huán)境和優(yōu)惠的政策，渦輪增壓車型也不失為一個(gè)不錯(cuò)的選擇，然而對(duì)自然吸氣的熱愛(ài)，也使得自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)在很長(zhǎng)一段時(shí)間里仍會(huì)不斷地發(fā)展與進(jìn)步。未來(lái)兩者孰優(yōu)孰劣仍是要看技術(shù)的發(fā)展與政策導(dǎo)向，若干年之后電動(dòng)機(jī)是否全面取代內(nèi)燃機(jī)也尤為可知。