小排量也能发出大动力——发动机涡轮增压技术解析 _涡轮增压

现在越来越多的车型搭载涡轮增压发动机了，涡轮增压技术越来越先进与完善，大家对涡轮增压也从原先的敬畏到现在的平淡接受。但是还是有很多人多涡轮增压发动机有很多质疑，还有在使用保养灯方面的误区。今天我们就来详细的说说这个涡轮增压技术，说说它的工作原理、认知误区、使用维修注意事项等。

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首先来说说涡轮增压技术是如何产生的。其实它最早是应用在飞机上的强制进气技术。在上世纪三四十年代的飞机都是往复活塞式发动机，它的工作需要大量的空气，但是飞机飞上高空后，空气稀薄，飞机进气不足，导致飞机功率大幅度下降，严重影响了飞机的性能。为此，美国军方要求研制增强飞机进气的装置，涡轮增压技术就此诞生。应用了该技术以后，飞机的性能大幅度提升，在二战期间吊打日本和德国的飞机，因此名声大噪。后来，瑞典的萨博公司把这项技术应用到了汽车上，大幅度提高了汽车发动机的动力性能，汽车涡轮增压技术由此开始走向民用车市场，并且随着技术的完善和成本的降低，它的使用范围越来越广泛。

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那么汽车发动机为什么要使用涡轮增压技术呢？在之前的文章中我分析过，制约发动机性能的不是供油，而是进气。在正常情况下，发动机最多只能进入与气缸等容积的空气（充气系数小于等于1），导致发动机性能受到了很大的限制，在这种情况下想要提高发动机的性能，只能提升发动机的排量，但这样会导致发动机的体积和重量增大，不利于汽车轻量化，另外还要缴纳高额的排量税；而涡轮增压技术可以使发动机中进入超过气缸容积的空气（充气系数大于1），同时再向气缸中喷入更多的燃油，发动机就可以在不提升排量的情况下，动力性能大幅度提升。事实证明，发动机使用涡轮增压技术后，动力性可以提升30%以上，如果调校的比较激进，甚至可以提升50%以上。

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那么涡轮增压技术是如何让发动机中进入更多的空气呢？这就涉及到涡轮增压技术的工作原理了。车用涡轮增压器基本结构是由压气机、涡轮机以及中间体三部分组成的，其中的涡轮机与发动机排气岐管相连，压气机与进气歧管相连，中间体起到支撑与连接涡轮机与压气机的作用。当发动机工作时，从燃烧室排出的废气压力可达0.4～0.6MPa，温度大约700~1000°C，这种高温高压的废气流经涡轮机，冲击涡轮机叶片，从而带动涡轮机高速旋转；压气机与涡轮机是通过一根刚性轴连接的，当涡轮机高速旋转时，压气机也随之高速旋转，当空气经进气道进入压气机后，在压气机叶轮高速旋转产生的离心力作用下，被强制压向压气机出气口，并在此过程中从旋转的叶轮获得能量，使空气的流速、压力和温度均有较大幅度的增高，这就相当于将空气强制的压送到气缸中，所以可以将比自然吸气状态下多很多的空气送入发动机气缸。当发动机使用涡轮增压技术后，最多可以向发动机中输入相当于两倍排量的空气量。

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不过，这种从增压器出来的高温、高速、高压的空气是不能直接送入发动机气缸的。因为空气的温度过高，单位体积携带的氧气量有限，就失去了增压的意义了；另外高速、高压的空气直接进入气缸，会增加发动机爆燃的风险。所以，从增压器出来的空气必须经过冷却、降速、降压，这就是所说的“增压中间冷却技术”，简称“中冷” 。将从增压器出来的高温、高速、高压的空气引入一个叫做“中冷器”的装置，它的结构类似于水箱。空气在中冷器中将大部分的热量散发掉，并且曲折而又细长的管路会降低空气的流速和压力，这样既可以让发动机进更多的空气，同时又避免了爆燃的风险，所以增压中冷技术越来越多的在增压发动机上使用。增压中冷技术分为水冷和风冷两种型式，一般柴油机使用风冷的较多，汽油机使用水冷的较多。

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从理论上来说，发动机排出的废气越多、废气的压力和速度越大，涡轮增压器叶轮转速就越高，增压压力就越大；而增压压力越大，发动机中燃料燃烧的越猛烈，反过来又会推动增压器以更快的转速旋转，又进一步增加了增压压力......这就陷入了一个死循环，增压压力不断增大，发动机转速越来越高，最终会导致发动机“飞车”，严重时甚至会直接将发动机打碎，这就是所谓的发动机“过增压” 。因此，为了保证发动机安全运行，必须限制涡轮增压器的增压压力。