美食大战老鼠鼠国列车:涡轮增压 与 机械增压

涡轮增压 与 机械增压

增压技术最早源于飞机在高空的需要，我们都知道一般引擎是利用气缸活塞下移形成真空，吸入空气而实现进气的过程，这就是所谓的自然进气发动机。而自然进气方式因“被动”地实现进气动作，所以在高空中由于空气稀薄进气效率不高，大大影响引擎的功能发挥。为提高引擎进气效率，于是发明了增压进气技术。

涡轮增压(turbo)与机械增压(superchanger)是增压的两种不同方式,主要的不同在于增压器的驱动方式。最早的增压器全部都是机械增压，在刚发明时被称超级增压器(Supercharger)，后来涡轮增压发明之后为了区隔两者。起初涡轮增压器被称为Turbo Supercharger，机械增压则被称为Mechanical Supercharger，久而久之，两者就分别被简化为Turbocharger与Supercharger了。德国人由于德语的关系把机械增压叫做Kompressor。

涡轮增压由引擎的排气作废气驱动。涡轮由两部分组成，一是新鲜空气增压端（压缩涡轮）、另一部分为废气驱动端（废气涡轮），两端各有一个叶轮，在同一轴上的两边涡轮之间还有一个泄压触发器（Wastegate）设在废气涡轮那边，当压缩涡轮压力过大，压力便会推动触发器将废气涡轮的阀门打开，降低气压。涡轮轮轴的支承为轴套轴套里边的轴承设计可以分为滚珠轴承和浮动轴承。涡轮增压器叶轮的旋转动力来自于废气。废气带动涡轮，在涡轮的另一边，叶片压缩空气。涡轮增压器壳体为镍、铬和硅合金材料，轴为铬和钼合金材料。更重要的是，涡轮增压器是在高温、高速条件下工作的，为保证其正常工作，在涡轮增压器中通入了机油和冷却液，以保证有效的润滑和冷却，改善工作条件。发动机排出的具有高温和一定的压力的废气进入增压器中，推动轴的叶轮以每分钟高达数万甚至几十万转的高速度旋转，怠速时，叶轮转速为12000转/分，当全负荷时，叶轮转速可超过135000转/分，普通的轴承是无法承受如此高速而产生的高温和磨损的，所以在涡轮增压系统里边机油的润滑和冷却作用至关重要。柴油引擎也有不少装配涡轮增压系统的，而且柴油引擎的最大增压值普遍比汽油引擎的最大值高。

涡轮增压发动机上，涡轮不是始终运转的，在低速时，涡轮不介入，相当于相同排量的自然吸气发动机（甚至更低一些，因为压缩比降低了）。而在1500-2000转速时介入，强大扭矩随即输出，所以在2000-3000转时就会得到最大扭矩，相当于排量增加，此时发动机就会很“有劲儿”，不用深踩油门，超车和加速依然也可以很容易，而且因为此时转速并不高，活塞往复次数也不多，摩擦降低，油耗自然表现优异。而涡轮增压的节油效果不仅于此，在涡轮不介入时的低转速下，发动机处于相对较低的功率，这在怠速运转，低速起步和中速巡航时，相当于一台小排量发动机，油耗自然可以控制了。


正因为涡轮不是一直在工作，所以有无涡轮，发动机是两个性格的，尤其是在低转速加速时，不会立即得到最大动力，而是经过短暂的转速提升后，涡轮介入，动力陡增，显得很突兀，让人觉得不是很舒服，这就是涡轮增压发动机的一大通病——“涡轮迟滞”，这在早期涡轮增压发动机，以及采用了大号涡轮的赛车、改装车上非常明显。

涡轮增压器的工作环境：发动机排出的尾气有700-900℃，全部吹到涡轮上，而另一端压气涡轮那边每分钟十几万甚至更高的转速的涡轮强烈搅动空气，除将空气压缩而产生的热量之外，空气摩擦产生的热也不容小觑，加上另一边废气的热量，整个涡轮的温度都非常高，而且因为这种六位数的转速，涡轮轴承不同于一般滚珠轴承而采用在润滑油中浮动的行驶，如果没有良好的散热和润滑，这只涡轮很快就会挂掉，并且因为早期涡轮油封不够理想而烧机油。这些诸多因素都影响到了涡轮增压，这就是是为什么涡轮增压车型要用高级别的机油，为什么早期车型在冷启动和停车时要低速运转的原因。

其实当前的涡轮增压发动机已经没有那么“矫情”了，汽车工程师绞尽脑汁想尽一切解决的方法，VGT可变涡轮截面技术、小惯量涡轮的使用，让这种感觉不再明显，停车冷却循环，更高级别的加工工艺等，让这些常见的弊病都已经大为改观。涡轮增压已经完全适应了这个社会。

涡轮增压器的串联与并联：

在双涡轮增压（Twin Turbo）的汽车上会看到2组涡轮通过串联或者并联的方式连接，并联指每组涡轮负责引擎半数汽缸的工作，每组涡轮都是同规格的，如保时捷911 turbo，Skyline GT-R的RB26DETT，Supra的2JZ-GTE和BMW新的3.0双涡轮增压都是并联涡轮的杰出代表，其优点就是增压反应快并减低管道的复杂程度。至于串联涡轮通常是一大一小两组涡轮串联搭配而成，低转时推动反应较快的小涡轮，使低转扭力丰厚高转时大涡轮介入，提供充足的进气量，功率输出得以提高，RX-7的13B-REW引擎就是串联涡轮的好例子。

涡轮增压器的A/R值：

A/R值在改装市场的涡轮增压器销售册上常有标明，用以表达涡轮的特性，A是Area（面积）的意思，指的是叶片涡轮接受废气的侧入口最窄处的横截面积，R是Radius（半径），指的是A（横截面积）的中心点与涡轮本体中心点的距离，面积与两中心点距离的比值，就是A/R值。

A/R值越小，表示入口相对较小而涡轮叶片的起动惯性低，流速相对高，低转反应比较好，涡轮迟滞效应不明显。反之，A/R值越大入口较大，叶片惯性高，低转反应比较迟钝，涡轮迟滞较明显，但在高转时表现则刚烈得多。简单而言，较注重高转功率输出的涡轮，A/R值可以达到0.7左右，而注重低转扭力输出的涡轮，A/R值大约为0.2。保时捷的VTG可变涡轮几何叶片技术则是通过改变涡轮的A/R值达到不同的涡轮特性。

涡轮增压的优点在于不占用引擎本身的功率，在高转时（排气压力高）效果显著，增压效率高，缺点在于在低转时由于涡轮本身的惯性，涡轮介入比较迟缓（增压值越高越是如此）也就是我们平常所说的涡轮时滞，涡轮时滞不能根除，但能把他减低到很小的程度，如用较轻小的涡轮，还有大众的TSI双增压技术，保时捷的VTG可变涡轮几何叶片技术、给涡轮装上变速器改变涡轮转速的技术等。