現(xiàn)在越來越多的車型搭載渦輪增壓發(fā)動機了，渦輪增壓技術(shù)越來越先進與完善，大家對渦輪增壓也從原先的敬畏到現(xiàn)在的平淡接受。但是還是有很多人多渦輪增壓發(fā)動機有很多質(zhì)疑，還有在使用保養(yǎng)燈方面的誤區(qū)。今天我們就來詳細的說說這個渦輪增壓技術(shù)，說說它的工作原理、認知誤區(qū)、使用維修注意事項等。
首先來說說渦輪增壓技術(shù)是如何產(chǎn)生的。其實它最早是應(yīng)用在飛機上的強制進氣技術(shù)。在上世紀三四十年代的飛機都是往復(fù)活塞式發(fā)動機，它的工作需要大量的空氣，但是飛機飛上高空后，空氣稀薄，飛機進氣不足，導(dǎo)致飛機功率大幅度下降，嚴重影響了飛機的性能。為此，美國軍方要求研制增強飛機進氣的裝置，渦輪增壓技術(shù)就此誕生。應(yīng)用了該技術(shù)以后，飛機的性能大幅度提升，在二戰(zhàn)期間吊打日本和德國的飛機，因此名聲大噪。后來，瑞典的薩博公司把這項技術(shù)應(yīng)用到了汽車上，大幅度提高了汽車發(fā)動機的動力性能，汽車渦輪增壓技術(shù)由此開始走向民用車市場，并且隨著技術(shù)的完善和成本的降低，它的使用范圍越來越廣泛。
那么汽車發(fā)動機為什么要使用渦輪增壓技術(shù)呢？在之前的文章中我分析過，制約發(fā)動機性能的不是供油，而是進氣。在正常情況下，發(fā)動機最多只能進入與氣缸等容積的空氣（充氣系數(shù)小于等于1），導(dǎo)致發(fā)動機性能受到了很大的限制，在這種情況下想要提高發(fā)動機的性能，只能提升發(fā)動機的排量，但這樣會導(dǎo)致發(fā)動機的體積和重量增大，不利于汽車輕量化，另外還要繳納高額的排量稅；而渦輪增壓技術(shù)可以使發(fā)動機中進入超過氣缸容積的空氣（充氣系數(shù)大于1），同時再向氣缸中噴入更多的燃油，發(fā)動機就可以在不提升排量的情況下，動力性能大幅度提升。事實證明，發(fā)動機使用渦輪增壓技術(shù)后，動力性可以提升30%以上，如果調(diào)校的比較激進，甚至可以提升50%以上。
那么渦輪增壓技術(shù)是如何讓發(fā)動機中進入更多的空氣呢？這就涉及到渦輪增壓技術(shù)的工作原理了。車用渦輪增壓器基本結(jié)構(gòu)是由壓氣機、渦輪機以及中間體三部分組成的，其中的渦輪機與發(fā)動機排氣岐管相連，壓氣機與進氣歧管相連，中間體起到支撐與連接渦輪機與壓氣機的作用。當發(fā)動機工作時，從燃燒室排出的廢氣壓力可達0.4～0.6MPa，溫度大約700~1000°C，這種高溫高壓的廢氣流經(jīng)渦輪機，沖擊渦輪機葉片，從而帶動渦輪機高速旋轉(zhuǎn)；壓氣機與渦輪機是通過一根剛性軸連接的，當渦輪機高速旋轉(zhuǎn)時，壓氣機也隨之高速旋轉(zhuǎn)，當空氣經(jīng)進氣道進入壓氣機后，在壓氣機葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下，被強制壓向壓氣機出氣口，并在此過程中從旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得能量，使空氣的流速、壓力和溫度均有較大幅度的增高，這就相當于將空氣強制的壓送到氣缸中，所以可以將比自然吸氣狀態(tài)下多很多的空氣送入發(fā)動機氣缸。當發(fā)動機使用渦輪增壓技術(shù)后，最多可以向發(fā)動機中輸入相當于兩倍排量的空氣量。
不過，這種從增壓器出來的高溫、高速、高壓的空氣是不能直接送入發(fā)動機氣缸的。因為空氣的溫度過高，單位體積攜帶的氧氣量有限，就失去了增壓的意義了；另外高速、高壓的空氣直接進入氣缸，會增加發(fā)動機爆燃的風險。所以，從增壓器出來的空氣必須經(jīng)過冷卻、降速、降壓，這就是所說的“增壓中間冷卻技術(shù)”，簡稱“中冷”。將從增壓器出來的高溫、高速、高壓的空氣引入一個叫做“中冷器”的裝置，它的結(jié)構(gòu)類似于水箱。空氣在中冷器中將大部分的熱量散發(fā)掉，并且曲折而又細長的管路會降低空氣的流速和壓力，這樣既可以讓發(fā)動機進更多的空氣，同時又避免了爆燃的風險，所以增壓中冷技術(shù)越來越多的在增壓發(fā)動機上使用。增壓中冷技術(shù)分為水冷和風冷兩種型式，一般柴油機使用風冷的較多，汽油機使用水冷的較多。
從理論上來說，發(fā)動機排出的廢氣越多、廢氣的壓力和速度越大，渦輪增壓器葉輪轉(zhuǎn)速就越高，增壓壓力就越大；而增壓壓力越大，發(fā)動機中燃料燃燒的越猛烈，反過來又會推動增壓器以更快的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，又進一步增加了增壓壓力......這就陷入了一個死循環(huán)，增壓壓力不斷增大，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越來越高，最終會導(dǎo)致發(fā)動機“飛車”，嚴重時甚至會直接將發(fā)動機打碎，這就是所謂的發(fā)動機“過增壓”。因此，為了保證發(fā)動機安全運行，必須限制渦輪增壓器的增壓壓力。
在渦輪增壓發(fā)動機上通常使用廢氣旁通閥，來控制增壓器的增壓壓力。它的工作原理是：在發(fā)動機高速高負荷運行時，如果進氣管中的增壓壓力高于限定值，渦輪增壓器的旁通閥門就會打開，使部分廢氣經(jīng)旁通閥直接進入排氣管，這樣就減少了流經(jīng)渦輪的廢氣，使渦輪轉(zhuǎn)速下降，從而達到控制增壓壓力的目的。旁通閥式渦輪增壓器的控制方式有兩種，一種是機械（真空）控制，通常應(yīng)用在卡車柴油機上；另一種是電子控制，通常應(yīng)用在轎車上。電子控制是由發(fā)動機ECU根據(jù)發(fā)動機負荷和壓力等參數(shù)來控制旁通閥的開啟與關(guān)閉，并可以精確的控制旁通閥開啟的角度和時間。如果改變ECU的控制程序，改變控制旁通閥開啟的角度和時間，發(fā)動機的最大增壓壓力就會隨之改變，發(fā)動機的性能也隨之變化。所謂的增壓發(fā)動機刷電腦提高發(fā)動機動力，原理就在于此。
很多人不喜歡渦輪增壓發(fā)動機，一個理由就是這種發(fā)動機有渦輪遲滯，開起來不平順。那么這個所謂的 “渦輪遲滯”又是怎么回事呢？
發(fā)動機在怠速和低速時，排氣壓力比較低，推動渦輪的力度比較小，所以渦輪的轉(zhuǎn)速比較低，帶動同軸的壓氣機轉(zhuǎn)速也比較低，此時不能給空氣增壓，發(fā)動機仍然是靠真空吸力來進氣的；隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高，排氣壓力越來越大，推動渦輪轉(zhuǎn)動的力度也越來越大，渦輪的轉(zhuǎn)速就會迅速提高，帶動同軸轉(zhuǎn)動的壓氣機轉(zhuǎn)速也迅速提高，增加了進入發(fā)動機的空氣的壓力，即給空氣增壓；當這個壓力增加到一定程度的時候，發(fā)動機的噴油量也隨之增加，發(fā)動機的扭矩就會迅速增大，并達到最高峰。這個過程就是所謂的“渦輪遲滯”。渦輪遲滯實質(zhì)是發(fā)動機進氣系統(tǒng)建立正壓力的過程，這個時間的長短與增壓器的設(shè)計有關(guān)，一般渦輪設(shè)計的越小，渦輪遲滯的時間越短，渦輪遲滯現(xiàn)象也越不明顯。
現(xiàn)在我們再來討論一下渦輪增壓發(fā)動機到底省不省油。汽車“省油”還是“費油”都是相對的，如果與同排量的發(fā)動機相比，毫無疑問渦輪增壓發(fā)動機是費油的，因為在發(fā)動機熱效率沒有變化的前提想，發(fā)動機輸出更多的動力，只能通過消耗更多的燃油獲取，而渦輪增壓發(fā)動機的熱效率事實上并沒有自然吸氣發(fā)動機高；但是與同等動力水平的發(fā)動機相比，渦輪增壓發(fā)動機還是省油的，它省油的原因主要是排量小，在怠速和低速狀態(tài)下油耗更低，而在中高負荷狀態(tài)下，渦輪增壓發(fā)動機更費油。
最后我們再來說說渦輪增壓發(fā)動機的使用與維修的注意事項。渦輪增壓器最核心的部件就是渦輪機葉輪、壓氣機葉輪和轉(zhuǎn)子軸，它們在工作時，葉輪的轉(zhuǎn)速一般都在幾萬轉(zhuǎn)以上，最高可達20萬轉(zhuǎn)/分鐘，溫度也高達900到1000℃。在這樣高的工作溫度和轉(zhuǎn)速下，必須保證增壓器有良好的潤滑和冷卻。在發(fā)動機上潤滑系統(tǒng)主油道上分過來一條油管，單獨給增壓器供油，快速流動的機油可以帶走大部分的熱量，有些發(fā)動機為了增強散熱還會增加一套水冷系統(tǒng)。另外，增壓器高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對動平衡要求極高。由于增壓器這種特殊的冷卻和潤滑方式，因此對增壓器的使用方法上也有一定的要求，特別是在北方寒冷的冬季，如果使用不當很容易造成增壓器的早期損壞。
1、渦輪增壓發(fā)動機必須使用高品質(zhì)的機油和燃油。渦輪增壓發(fā)動機一般要求使用高品質(zhì)的全合成機油，這主要是因為全合成機油有良好的低溫流動性，在高溫下不易結(jié)焦和積碳，可以保證在發(fā)動機啟動后立即給增壓器足夠的潤滑。此外渦輪增壓發(fā)動機建議使用95號以上的汽油，可以避免發(fā)動機在高負荷下發(fā)生爆震。
2、在冷啟動后不要立即讓發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)，應(yīng)該保持怠速運轉(zhuǎn)1分鐘左右然后再加油提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，關(guān)于這一點，在汽車停放一晚早上起動時要特別注意（特別是冬季）；發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)后也不要立即熄火，熄火前更不要轟油門，最好是讓發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)一分鐘左右，等渦輪的轉(zhuǎn)速和溫度降低后，再關(guān)閉發(fā)動機。這樣做的目的主要是防止渦輪軸在潤滑不良的情況下高速轉(zhuǎn)動，造成增壓器的早期異常磨損。
3、渦輪增壓發(fā)動機必須使用質(zhì)量有保證的空氣濾清器，并且要定期更換、保養(yǎng)，保證進氣系統(tǒng)密封良好。如果進氣管路泄漏或空氣濾清器損壞，會有大量沒有經(jīng)過濾清的空氣流經(jīng)渦輪增壓器，空氣中含有的粉塵和微粒，會將進氣增壓輪片打傷磨損，從而破壞了葉輪的動平衡，導(dǎo)致增壓器工作異響或軸承異常磨損；另外，如果空氣濾清器堵塞還會造成增壓器的喘振。
4、在發(fā)動機維修時，如果需要把增壓器拆下來，或者更換新的增壓器，在重新安裝時一定要向增壓器進油口中注入一定量的機油，以防在發(fā)動機啟動瞬間增壓器沒有潤滑而燒損。這一點是非常重要的，但是有很多修理工都會忽略，我們在維修時需要特別叮囑維修人員。
