現(xiàn)在談到賣車，無(wú)論小車大車，不談渦輪，都要被同行鄙視。那么，這個(gè)堪稱奇跡的渦輪究竟是啥玩意？是否真的就是高科技的代名詞？

1905年，瑞士蘇爾壽（Sulzer）兄弟研發(fā)公司的總工程師阿爾佛雷德?J?波西（Alfred J Buchi）博士首次提出了渦輪增壓概念，渦輪增壓技術(shù)正式誕生，并應(yīng)用于船舶、航空工程領(lǐng)域。

1953年，美國(guó)Garrett公司將渦輪增壓技術(shù)應(yīng)用于車用柴油機(jī)，20世紀(jì)60年代后，國(guó)外車用柴油機(jī)大量采用渦輪增壓器。

80年代后，汽油機(jī)也開(kāi)始采用渦輪增壓技術(shù)。

一、增壓器原理

我們知道，柴油機(jī)的做功需要柴油和空氣混合后產(chǎn)生熱能并轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，才能輸出功率，柴油與空氣的理論空燃比是1:17，但實(shí)際燃燒需要一定的過(guò)量空氣系數(shù)，自然吸氣柴油機(jī)的空燃比是不能滿足良好燃燒的，進(jìn)氣增壓裝置則是滿足所需充氣效率達(dá)到良好燃燒的必要措施。

廢氣渦輪增壓系統(tǒng)是我們最常見(jiàn)的渦輪增壓裝置，實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加進(jìn)氣量。它利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來(lái)推動(dòng)渦輪殼內(nèi)的渦輪，渦輪帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)內(nèi)的葉輪，葉輪壓縮吸入的空氣，即增壓后進(jìn)入氣缸，實(shí)現(xiàn)氣缸內(nèi)空氣密度的增大，空氣密度的增大可以燃燒更多的燃料，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)排量不變時(shí)增加輸出功率，并且燃燒效率極大提高，排入大氣的CO2和有害物質(zhì)如NOx大幅度降低，在環(huán)保上起到了非常關(guān)鍵的作用。

使用渦輪增壓器的優(yōu)勢(shì)：

–  提升發(fā)動(dòng)機(jī)升功率，得到更大的輸出功率

–  降低燃油消耗同時(shí)降低二氧化碳排放

–  降低NOx、HC、CO排氣污染物，徹底杜絕黑煙，滿足排放法規(guī)要求

二、增壓器結(jié)構(gòu)

廢氣渦輪增壓器由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪和徑流式壓氣機(jī)組成，它們分別被安裝在軸的兩頭并有各自的鑄造殼體。軸本身被安裝在中間殼中并由中間殼來(lái)支撐。中間殼的兩側(cè)分別同壓氣機(jī)殼和渦輪殼相連接，典型的渦輪增壓器轉(zhuǎn)速可以在 100000 轉(zhuǎn) / 分以上。

–  渦輪端：廢氣進(jìn)入渦輪端，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)

–  主軸：主軸連接渦輪與壓葉輪，傳遞動(dòng)能

–  中間殼：連接渦輪端和壓氣端，支撐軸承系統(tǒng)

–  壓氣機(jī)端：壓葉輪旋轉(zhuǎn)壓縮空氣，提高空燃比

–  軸承系統(tǒng)：支撐主軸高速旋轉(zhuǎn)，防止主軸徑向竄動(dòng)

–  密封系統(tǒng)：防止竄氣，輔助封油

三、典型渦輪增壓技術(shù)介紹

渦輪增壓器經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，已經(jīng)非常成熟，且各種新技術(shù)不斷出現(xiàn)，從原始的純?cè)鰤?，發(fā)展出帶旁通閥增壓器、雙級(jí)增壓器系統(tǒng)、電控可變截面VGT增壓器等。

下面介紹幾種典型的增壓器：

1、帶旁通閥增壓器

以康明斯增壓器（HOLSET）為例，旁通閥通過(guò)壓氣機(jī)出氣口的壓力來(lái)控制渦輪進(jìn)氣口處氣閥的開(kāi)啟，使得渦輪廢氣從旁路泄掉。它的目的是為了限制發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速以及大負(fù)荷狀態(tài)下的增壓器轉(zhuǎn)速，同時(shí)它可以降低全負(fù)荷以及高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)壓力。

帶旁通閥的增壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，能兼顧高、低速工況的運(yùn)行，是目前最成熟主流的增壓器產(chǎn)品。

2 電控可變截面VGT增壓器

可變截面技術(shù)是指在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，渦輪流通能力可自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，是一種更為有效且復(fù)雜的渦輪增壓技術(shù)。這個(gè)方法保證了無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)如何，廢氣渦輪產(chǎn)生的能量剛好可以滿足壓氣機(jī)的驅(qū)動(dòng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒控制在較為理想的狀態(tài)。

VGT技術(shù)的核心部分是可調(diào)渦流截面的導(dǎo)流葉片，渦輪的外側(cè)增加了一環(huán)可由電子系統(tǒng)控制角度的導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片的相對(duì)位置是固定的，但是葉片角度可以調(diào)整。在系統(tǒng)工作時(shí)，廢氣會(huì)順著導(dǎo)流葉片送至渦輪葉片上，通過(guò)調(diào)整葉片角度，控制流過(guò)渦輪葉片的氣體的流量和流速，從而控制渦輪的轉(zhuǎn)速。此外，由于改變?nèi)~片角度能夠?qū)u輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效控制，這也就實(shí)現(xiàn)對(duì)渦輪的過(guò)載保護(hù)，因此使用了VGT技術(shù)的渦輪增壓器都不需要設(shè)置放氣閥。

電控可變截面VGT增壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高，渦輪截面積可調(diào)，可兼顧全工況的運(yùn)行，但故障率相對(duì)較高。其優(yōu)點(diǎn)是控制更加精準(zhǔn)，排放和燃油經(jīng)濟(jì)性更佳，目前歐洲的歐六發(fā)動(dòng)機(jī)上使用較多，但國(guó)內(nèi)由于成本等原因應(yīng)用較少。

3 雙級(jí)增壓器

雙級(jí)增壓器是由兩個(gè)不同規(guī)格的渦輪增壓器構(gòu)成。這兩個(gè)渦輪增壓器串聯(lián)在一起，通過(guò)旁通閥調(diào)節(jié)機(jī)制控制。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，即廢氣排量較小時(shí)，旁通閥完全關(guān)閉，所有廢氣流入小渦輪，實(shí)現(xiàn)快速和高效壓縮。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，旁通閥逐漸打開(kāi)，壓縮工作也逐漸轉(zhuǎn)移到大渦輪上。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，較少的排氣可使驅(qū)動(dòng)壓力較小的渦輪高速旋轉(zhuǎn)，以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升以后，壓縮工作主要由驅(qū)動(dòng)壓力較大的渦輪承擔(dān)，繼續(xù)進(jìn)入高增壓值的狀態(tài)，提供連貫的強(qiáng)勁動(dòng)力。

此種增壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本非常高，往往中間還帶有級(jí)間冷卻，其優(yōu)點(diǎn)是增壓度更高，同排量發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率更大，對(duì)低速和高速工況的兼顧性更好，排放和燃油經(jīng)濟(jì)性更佳。