技术大讲堂：身小力不亏 解析涡轮增压技术

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当环境问题日益严重时，人们第一个想到的往往是如何让有着环境污染的气体消失，但是这样做的成本也是很巨大的，所以也就出现了现在的汽车市场上那些混合动力车型的售价一个比一个高。实际上在这些混合动力车型出现之前各大汽车厂家就已经注意到汽车在环境污染上的问题，提高尾气排放标准、在车辆上加装三元催化装置，这些都是针对环境保护做出的举措，还有一个举措就是让小排量汽车拥有大排量的动力，从而提高车辆的燃烧效率，而这也就使得增压技术孕育而生。


增压技术被使用在汽车上之后一共拥有着三种类型。即涡轮增压技术、机械增压技术和气波增压技术，今天我们要为大家解析的则是最为简单也最为常见的涡轮增压技术，其它两种增压技术我们会在日后进一步为大家介绍。
随着汽车技术的发展，涡轮增压技术也被分为：单涡轮增压技术、双涡流单涡轮增压技术和双涡轮增压技术，它们在原理和工作过程上十分相近，下面我们就来逐个为大家解析一下。
单涡轮增压技术
在这里我们先来说一下在现在市场上所销售的车型中较为常见的单涡轮增压技术。
原理
涡轮增压，英文名字为Turbo，它的引入是为了让车辆的发动机可以在不改变缸径（排量）的前提下输出更强劲的动力。而它达到这种效果主要是依靠提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。




最初涡轮增压技术是被用在各种赛车上的，由于赛事官方对于参加比赛车辆在发动机排量上有着限制，涡轮增压技术的使用可以让车辆既满足了官方对于排量的要求，亦可以让车辆得到更大的动力输出。




其实在我们车上使用的涡轮增压器就是一个空气压缩器，众所周知汽车发动机是靠燃料在机体内部燃烧，将热能转化为动能的一个过程，也就是说车辆所得到的动能多少取决于燃料在机体内部燃烧时所发出的热量。由于发动机的结构特点，以至于发动机内部得到的燃料量和助于燃料燃烧的氧气量有限，所以要想提高燃料燃烧后所产生的热能的只有通过适时的提高燃烧室中氧气的含量与燃油的含量来达到提高功力的效果，因此涡轮增压技术也就被使用到了汽车发动机上。
工作过程
了解完涡轮增压技术的原理后，我们下面就来看看一款普通的涡轮增压发动机的工作过程是怎样的。
一般车用涡轮增压器由离心式压气机、径流式涡轮机和中间体三部分组成。离心式压气机有进气道、压气机叶轮、无叶式扩压管及压气机蜗壳组成；涡轮机则由蜗壳、喷管、叶轮和出气道等组成；而涡轮机叶轮、压气机叶轮和密封套则就组成了涡轮增压器的转子。

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当发动机运行时燃油混合气通过进气歧管进入到气缸内，通过进气-压缩-做功-排气四冲程后通过排气歧管排除到汽缸外，而就在废弃被排出到汽缸外时涡轮增压器就开始发挥作用了。从排气门排出的高速废弃，进入到涡轮机中并带动涡轮机中的叶轮转动，涡轮机叶轮转动的同时也带动压气机叶轮进行转动，随着压气机叶轮的快速转动，它带入了大量的新鲜空气，这些空气被高压打入进气门，也就使得气缸内的氧气含量增加，在燃油含量与氧气含量保持14.7空燃比的情况下提高了发动机内气缸做工所产生的热能，从而在完成在不改变车辆排量的条件下提高车辆动力的任务。
双涡流涡轮增压技术
明白了涡轮增压器的工作原理和过程后，双涡流涡轮增压技术就好解释的多了，一般汽车上的单涡轮增压器怠速工作转速为1000r/min，但其达到最佳效果的转速基本都处于1500r/min以上，涡轮增压器的转速升高到这个最佳效果转速需要一段时间，也就是大家所常见的单涡轮增压器所产生的滞后现象。这一现象的出现也就引出了双涡流涡轮增压技术的使用，但是在这里我要强调的是，此处所说的双涡流涡轮增压技术和在平时我们更加常见的双涡轮增压技术则是两个完全不同的增压技术。


沃尔沃XC60所搭载的双涡流涡轮增压发动机
所谓的双涡流涡轮增压技术在涡轮增压器的结构上基本上与普通的涡轮增压器相同，其还是采用单涡轮形式，只不过它是将发动机的排气歧管分为两个导管，并将每三个气缸中的6个排气门接通在一根导管上通向涡轮增压器，废弃依旧按照按照“1-5-3-6-2-4”的顺序从气缸内排出，而两个导管则由于排气时间上的不同前后依次将废气送入涡轮增压器，也就使得涡轮增压器受到前后两股气体的带动，以避免原来单涡轮增压器所常见的动力滞后现象。市场上被装在此种双涡流单涡轮增压发动机的有沃尔沃S80L和沃尔沃XC60，由于结构相对复杂，所以其成本也就较高。
双涡轮增压技术
双涡轮增压顾名思义由两个涡轮的增压技术，由于成本和结构的原因，双涡轮增压技术一般被使用在配有六缸发动机的车型上，采用双涡轮增压技术的发动机在涡轮增压器的涡轮机内和压气机内斗配有两个涡轮，通过两个涡轮的交替工作来减轻单涡轮增压发动机中常见的动力之后现象。
若将双涡轮增压发动机解体我们会看到两组涡轮通过两种方式连接，一种为串联，另一种为并联。


宝马所使用的双涡轮增压发动机
串联形式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；而并联形式涡轮则是并列排列在排气管中，按汽缸工作顺序把1、2、3缸作为一组，4、5、6缸作为一组，每组三个汽缸的排气驱动一个涡轮增压器，而由于三缸的排气间隔相等，所以增压器转动的也就较为平稳，再加上把三个汽缸分成一组也可以放置各缸之间的排气干扰。
不过由于这种双涡流增压发动机在结构和成本上比双涡流单涡轮增压发动机都要高，所以一般它只被配备在高档的大排量车型上，最为典型的就是宝马760Li上搭载的就是这种类型的涡轮增压发动机。
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说了这么多，相信您对汽车涡轮增压技术也有了或多或少的了解，而这三种涡轮增压技术由于各自不同的结构有着不同的特点，单涡轮增压技术结构简单、成本低，是现在大部分涡轮增压车型所采用的涡轮增压技术。双涡流单涡轮增压技术目前主要被使用在沃尔沃S80L和沃尔沃XC60上，毕竟其相比于单涡轮技术而言结构稍显负责，并且成本也较高。最后的双涡轮增压技术则是这三款中结构最为复杂，成本最高的一项技术，再加上其更适合用在六缸发动机上，所以一般只有大排量车型才会使用这种涡轮增压发动机。
实例说明：
上面做了那么多关于涡轮增压的技术说明，下面我们来用大众的1.8TSI涡轮增压缸内直喷发动机来做一下图文说明。


一汽-大众迈腾1.8TSI发动机工况图
从1000转/分开始发动机的功率和扭矩都在迅速上升，当发动机转速达到1500转/分左右时，发动机扭矩达到最大值，发动机功率则仍然在上升。此时涡轮增压器的状态时涡轮机中的叶轮在排气歧管中排出的废气带动下做加速运动，随着排气的愈发强烈，涡轮机中的叶轮转动也就愈发快速，它也带动着压气机中的叶轮快速转动，这样就让进气歧管中的空气能够以更快的速度打入到气缸内。而在这一段时间内发动机的扭矩保持在峰值输出状态，而功率则迅速上升。当发动机转速达到5000转/分左右时，排气歧管内的排气量达到最大值，涡轮机中的叶轮转速也达到峰值，此后涡轮机中也轮到转动靠的就是惯性，也就是说压气机中的叶轮转速是靠涡轮机中叶轮转动的惯性来带动的。这时发动机的所输出的功率则达到了峰值，扭矩输出也在发动机转速到达4200转/分时开始出现衰减现象，毕竟加速靠扭矩，极速靠功率。
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