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公司：時(shí)代龍增壓器制造有限公司
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渦輪增壓器的來(lái)源
20世紀20年代，船舶開(kāi)始配備渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機。第二次時(shí)間大戰期間，美國戰機也大量使用渦輪增壓，目的就是我們在第一篇提到的，解決戰機在高空吸入空氣量不足的問(wèn)題，其中有不少都是“名機”：例如B-17空中堡壘、B-24轟炸機、P-38閃電和P-47雷電這兩款戰斗機。
B-17空中堡壘
廢氣的能量
發(fā)動(dòng)機在燃燒后的混合氣體叫做廢氣，不過(guò)這個(gè)廢氣其實(shí)其實(shí)還是蘊藏很大能量的。正常發(fā)動(dòng)全負荷工作時(shí)的排氣溫度大概在750-900攝氏度。排氣壓力視乎發(fā)動(dòng)機的工作狀態(tài)而定，但往往具有數倍的的大氣壓力值。這些廢氣在排氣門(mén)打開(kāi)的瞬間，流速可以達到500-700m/s，這個(gè)動(dòng)能是相當大的，不利用可就浪費了。
渦輪增壓器原理很簡(jiǎn)單 工藝極復雜
由于廢氣具備的能量依然很大，不用可就浪費了。因此工程師想到了利用廢氣的動(dòng)能，就好比水電站利用水的沖擊力一樣，利用廢氣推動(dòng)增壓器產(chǎn)生增壓效果，因而得名廢氣渦輪增壓。
渦輪增壓器的核心部件就是渦輪和壓氣機葉輪，這兩者是通過(guò)轉軸連接在一塊的。渦輪增壓器的工作很簡(jiǎn)單，高壓廢氣沖擊渦輪使其高速旋轉，同時(shí)也就帶動(dòng)了葉輪高速轉動(dòng),葉輪就能高速壓縮空氣了。這個(gè)轉速非常高，現在車(chē)用渦輪增壓的轉速在12-20萬(wàn)轉之間
渦輪的作用是將廢氣的動(dòng)能轉化為轉軸的高速旋轉，葉輪的作用是對空氣進(jìn)行壓縮，因此兩者的形狀是完全不同的的，氣流的運動(dòng)方向也完全不一致。由于渦輪承受的是發(fā)動(dòng)機高溫高壓的廢氣，所以對材料的要求極高。
渦輪增壓器的優(yōu)勢
渦輪增壓器的動(dòng)力來(lái)源于高溫高壓廢氣，因此不會(huì )額外消耗發(fā)動(dòng)機自身功率，這和機械增壓器會(huì )消耗發(fā)動(dòng)機7%功率的情況是完全不一樣的。此外，渦輪增壓器直接連接在排氣管上，結構緊湊。
“壓力越大，動(dòng)力越大”這是渦輪增壓的真實(shí)寫(xiě)照。上篇我們提到過(guò)的機械增壓器增壓值一般在0.5bar以下（以后數據都以bar為單位），并且隨著(zhù)轉速的提升消耗發(fā)動(dòng)機的功率也越多。但渦輪增壓完全沒(méi)有這樣的缺點(diǎn)，反而會(huì )因為轉速的上升而更具威力。因為隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機轉速的升高，排氣壓力也會(huì )越來(lái)越大，沖擊渦輪的力量也更大，整個(gè)轉子的轉速將會(huì )快速上升，壓氣葉輪也能高速轉動(dòng)起來(lái)。
渦輪增壓則很容易超過(guò)1bar的增壓值，例如高爾夫R能達到1.3。不少改裝車(chē)經(jīng)過(guò)缸體強化和電腦調教之后也能夠輕易實(shí)現1.5的高增壓值，例如十代翼豹STI原廠(chǎng)增壓值0.9，調整發(fā)動(dòng)機電腦后能夠輕易達到1.5。不過(guò)我們一般購買(mǎi)的家用非性能車(chē)，例如家用的高爾夫1.4T，君威2.0T，增壓值都遠低于1，一般在0.3-0.5之間，這樣可以平衡性能、油耗和發(fā)動(dòng)機的壽命。從中看出，渦輪增壓比機械增壓的增壓值高得多，相應而獲得的發(fā)動(dòng)機功率提升也更大。
渦輪增壓器的認識誤區
高溫是渦輪增壓器最大的殺手
渦輪增壓器結構簡(jiǎn)單、不消耗發(fā)動(dòng)機自身的功率、增壓值高，這些因素導致渦輪增壓具備強大的優(yōu)勢。不過(guò)渦輪增壓的原理使其具備一個(gè)最大的隱患：高溫。也正是這個(gè)隱患導致渦輪增壓遲遲沒(méi)有進(jìn)入民用領(lǐng)域。
熱量的來(lái)源有幾個(gè)方面。第一是廢氣溫度、前面我們講過(guò)，汽油發(fā)動(dòng)機的排氣溫度在全負荷工作時(shí)能夠達到750-900度，在一般工作狀態(tài)下也有將近700度。這些廢氣在推動(dòng)渦輪旋轉的過(guò)程中自身會(huì )降溫，這個(gè)溫度跑去哪呢?就是被渦輪葉片所吸收了。
其次，連接渦輪和葉輪的轉軸以十多萬(wàn)轉的轉速高速旋轉，轉軸和軸承之間的摩擦就會(huì )產(chǎn)生大量的熱量。最后，進(jìn)氣葉輪不斷地吸入空氣，壓縮空氣，自身的溫度也會(huì )升高。這些因素加起來(lái)，使整個(gè)渦輪增壓器處于絕對的“熱火”之中。
高溫導致的渦輪失效主要在于渦輪葉片變形燒蝕、轉軸拉傷失效。多年來(lái)工程師為了對付這個(gè)問(wèn)題想出了各種方法，概括來(lái)說(shuō)無(wú)非就是兩種：使用更耐熱的材料和采用更有效的降溫方法。
渦輪增壓真的有“遲滯”嗎
“渦輪遲滯”曾經(jīng)是最為用戶(hù)詬病的缺點(diǎn)。所謂的遲滯是我們踩下油門(mén)踏板那一刻，到發(fā)動(dòng)機輸出相應功率所需要的時(shí)間。實(shí)際上所有的發(fā)動(dòng)機都會(huì )存在這個(gè)遲滯，只是多少而已。因為如果您仔細感覺(jué)的話(huà)，都可以感覺(jué)出來(lái)。我們在踩下油門(mén)踏板的瞬間，發(fā)動(dòng)機需要吸入更多的空氣、調整噴油量，這些都需要時(shí)間。
因為早期的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機在“遲滯”方面表現突出，因為被廣為認知。那么渦輪的遲滯是從哪里來(lái)的呢?一是渦輪轉動(dòng)的慣性、要將其加速需要時(shí)間；二是轉軸和軸承之間的摩擦；最后就是因為葉輪攪動(dòng)空氣所形成的阻力了。在這三個(gè)因素里，葉輪攪動(dòng)空氣所產(chǎn)生的阻力是最為主要的。正是因為整個(gè)渦輪轉子的轉速提升需要時(shí)間，葉輪越大，增壓值越大，所需要的加速時(shí)間就越長(cháng)，形成的“遲滯”就越明顯。
改善渦輪遲滯的方法有很多，一方面可以借助直噴技術(shù)，間接提升低速時(shí)的扭矩特性，從而使發(fā)動(dòng)機轉速快速上升，增加廢氣能量推動(dòng)渦輪，減少渦輪遲滯。另一方面，可以通過(guò)減少增壓值，減少整個(gè)渦輪轉子的尺寸和重量，一方面可以減少慣性和摩擦，更為重要的是減少了葉輪阻力。
早期的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機由于沒(méi)有直噴的幫助，加上為了追求性能而采用高增壓大渦輪，遲滯現象相當明顯?，F在的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機普遍采用直噴技術(shù)，另外采用低增壓技術(shù)，渦輪遲滯現象已經(jīng)得到很大改善，在日常普通駕駛幾乎難以察覺(jué)，唯有在急加速時(shí)方能有所察覺(jué)，但這種遲滯現象和自然吸氣發(fā)動(dòng)機在加速時(shí)的動(dòng)力提升緩慢又有多大區別呢?（除非你開(kāi)大排量自然吸氣）目前的低增壓直噴渦輪發(fā)動(dòng)機的“遲滯”現象根本不能和早期的高增壓發(fā)動(dòng)機相比，只不過(guò)由于遲滯的說(shuō)法已經(jīng)存在多年，先入為主而已。
渦輪介入的說(shuō)法準確嗎
我們經(jīng)常會(huì )在聽(tīng)到“渦輪介入”的說(shuō)法，例如大眾1.8T發(fā)動(dòng)機在1500轉的時(shí)候能夠達到最大扭矩250牛米，通常的說(shuō)法是“渦輪在1500轉的時(shí)候介入”。事實(shí)上這一說(shuō)法并不準確。其實(shí)只要渦輪達到一定轉速，葉輪產(chǎn)生的進(jìn)氣壓力高于自然吸氣時(shí)的壓力，就可以說(shuō)渦輪介入工作了，而1500轉則是達到了最大的增壓壓力狀態(tài)，我們可以稱(chēng)為渦輪全開(kāi)。因此，渦輪介入工作的時(shí)間遠遠比我們看到的最大扭矩出現的時(shí)間要早，但具體在什么轉速開(kāi)始介入則要視乎不同的發(fā)動(dòng)機而定。
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