渦輪增壓器的角色

衛東

說到渦輪增壓器，在我的印象里，也就是近十幾年才被人們常常說起，其實它已經存在100多年了。早在1905年，Sulzer Brothers Research and Development 公司的Alfred Buchi博士申請了第一款渦輪增壓器的專利——動力驅動的軸向增壓器，1911年在瑞士的Winterthur建立的增壓器工廠開工了，在1915年制造出了原型航空器發動機增壓器，利用發動機廢氣來驅動，主要目的是用來克服高海拔稀薄空氣對動力的負面影響。在1919年，通用電器制造的增壓器將飛行器升到了一萬米高空。當時的人們還沒有完全認識到增壓器的潛力，直到1938年第一款帶增壓的卡車發動機才面市。

汽車增壓技術走向成熟

Buchi是渦輪增壓器之父，Garrett則將它廣泛推廣。到了1961年，小轎車才開始試探性地安裝增壓器，首先出現在Oldsmobile F85上， 并在1962上市。使用了增壓技術的Oldsmobile Jetfire3.5L V8發動機達到了158kW，而非增壓的最好成績只有136kW。對于轎車，20世紀70年代是渦輪增壓器的一個轉折點。帶增壓的Porsche911于1975年面市。1977年Saab 99 將渦輪增壓技術傳布更為廣泛，使2L渦輪增壓發動機的動力性能與3L自然吸氣發動機相同。接著是奔馳300D Turbo，它的動力性能給人留下了很深的印象。在1978年別克Regal和Le Sabre運動款安裝了渦輪增壓器。在20世紀最后20年中帶渦輪增壓器的車型一款款地出現了。渦輪增壓器在賽車中也起著重要的作用，包括F1、WRC、勒芒24小時。

渦輪增壓器會產生更大的扭矩以滿足駕駛樂趣。為了滿足發動機不同轉速下的需求，在1989年出現了可變增壓的渦輪增壓器（VNT）。在發動機低速時，渦輪增壓器減小喉口，提高增壓；在發動機全速運轉時，渦輪增壓器喉口增大，保證增壓不會超出需求。喉口可用真空管控制。優點是提高了發動機低速時的加速性能。今天的渦輪增壓器已經變得部件更少、體積更小，空氣壓縮比已經達到2—2.5∶1（汽油機）和4—6∶1（柴油機）。

渦輪增壓器工作原理簡單但制造工藝要求高

渦輪增壓器就是一個氣泵，由發動機排出的廢氣來驅動渦輪增壓器一側的葉輪，當它越轉越快時，另一側的葉輪也在同步加快，增大了進入燃燒室的進氣量。就像你所理解的，壓縮后的空氣會變得很熱，所以在進入燃燒室前要進行冷卻，就是我們常說的中冷，中冷也幫助降低了燃燒室的溫度。

渦輪增壓器的原理很簡單，但實際上它是很復雜和精密的。不僅是內部配件的嚴密配合，渦輪增壓器還要和發動機嚴密匹配，否則就會降低發動機的效率甚至造成損壞。

渦輪增壓器帶來的好處

今天，隨著排放標準的越來越嚴格，汽車制造商就必須要滿足環保要求，同時又要滿足客戶的需求，保證足夠的駕駛樂趣。渦輪增壓器正好能滿足降低排放并提高燃油經濟性，同時又不會以失去駕駛樂趣為代價。渦輪增壓器會提供更好的燃油經濟性，因為增壓會給燃燒室提供更多的空氣，使燃燒更徹底，排放更干凈。對于汽油機，CO2的排放與相同功率的自然吸氣發動機相比要少10～20%。其他好處有：在高海拔地區也能滿足空氣供給；在冷啟動時使三元催化更快進入工作等。

今天，渦輪增壓器不但在歐洲，在全世界范圍內都占據了主流，尤其是小排量增壓發動機在大行其道，渦輪增壓器已經成為提高動力性能的主流方向。隨著新的耐高溫材料、新的平衡技術、微量潤滑油軸承系統及全新電子控制的使用，渦輪增壓器將會變得越來越普及。而隨著48V電氣系統的逐步流行，電子渦輪增壓器也在蠢蠢欲動。可以說增壓器與傳統發動機的配合將會越來越緊密。