汽车涡轮增压工作原理

涡轮增压，是一种利用内燃机(Internal Combustion Engine)运作所产生的废气驱动空气压缩机(Air-compressor)的技术。与超级增压器(机械增压器, Super-Charger)功能相若，两者都可增加进入内燃机或锅炉的空气流量，从而令机器效率提升。常见用于汽车引擎中，透过利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。

增压目的
　　涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿我们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却比1.8发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。
负面影响
　　不过在经过了增压之后，发动机在工作时候的压力和温度都大大升高，因此发动机寿命会比同样排量没有经过增压的发动机要短，而且机械性能、润滑性能都会受到影响，这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。

增压原理
　　最早的涡轮增压器用于跑车或方程式赛车上的，这样在那些发动机排量受到限制的赛车比赛里面，发动机就能够获得更大的功率。
　　众所周知，发动机是靠燃料在汽缸内燃烧做功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧做功能力。因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。
　　大家可能会觉得涡轮增压装置非常复杂，其实并不复杂，涡轮增压装置主要是由涡轮室和增压器组成。首先是涡轮室的进气口与发动机排气歧管相连，排气口则接在排气管上。然后增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上，最后涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。这样一个整体的涡轮增压装置就做好，你的发动机就好像电脑CPU一样被“超频”了。
　　我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

优缺点
　　诚然，涡轮增压的确能够提升发动机的动力，不过它的缺点也有不少，其中最明显的就是动力输出反应滞后。我们看看前面有关涡轮增压的工作原理就知道了，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，也就是说从你大脚踩油门加大马力，到叶轮转动将更多空气压进发动机获得更大动力之间存在一个时间差，而且这个时间还不短。一般经过改良的涡轮增压也要至少2秒左右来增加或者减少发动机动力输出。如果你要突然加速的话，瞬间会有提不上速度的感觉。
　　随着技术的进步，虽然各个使用涡轮增压的厂家都在对涡轮增压技术进行改进，但是由于设计原理问题，因此安装了涡轮增压器的汽车驾驶起来的感觉是和大排量的汽车有一定差异的。譬如说我们买了1.8T的涡轮增压汽车，在实际的行驶之中，加速肯定不如2.4L的，但是只要度过了那段等待期，1.8T的动力同样会窜上来，因此如果你追求驾驶的感觉的话，涡轮增压引擎并不适合你，如果你是跑高速之类的，涡轮增压才显得特别有用。
　　如果你的爱车经常在城市内行驶，那么有必要考虑需要什么样的涡轮增压，因为涡轮并不是随时都在启动的。对于那些启动转速高的涡轮增压发动机，就拿斯巴鲁（富士）翼豹的涡轮增压来说，它的启动是在3500转左右，5挡能够上到3500转估计速度都破120了，除非你故意停留在低档位，否则不超过120公里的时速翼豹的涡轮增压根本无法启动。这时那些低转速启动的涡轮增压发动机更为合适，例如大众的1.4Tsi/1.8Tsi发动机，在1750甚至1500转的时候涡轮增就介入了，即使在2000~3000换档，也能保证换档前后转速保持在燃油应用效率更高的涡轮增压区域。
　　此外涡轮增压还有维护保养方面的问题，就拿宝来的1.8T来说，6万公里左右就要更换涡轮了，虽然次数不算多，毕竟给自己的车无形之中又增加了一笔维护保养费，这个对经济环境还不是特别好的车主来说特别值得注意。

汽车进气类型大致分为两类，即NA车和Turbo车。NA车即是 Natural Aspirator 自然进气汽车，Turbo车是使用涡轮增压进气的车型。而增压车型里又细分为Turbo增压和Super Charge也叫作Compresor机械增压。用进气形式为汽车分类非常合理，汽车引擎是内燃机的一种，内燃机的进气过程是能量产生的最关键步骤之一。

喜爱使用增压引擎的车厂多为日本和美国的车厂，欧洲人则比较少用增压车型。可是增压引擎却又是欧洲人发明的，这是本来用在飞机引擎的技术，是为了让飞机在高空氧气稀薄的环境飞行时让更多的氧分子流入引擎内部燃烧从而提高燃烧效率。原本是飞机制造商的瑞典申宝SAAB首先将这项技术运动到汽车引擎生产领域。这项革命式的进气风暴开始席卷整个汽车工业界。现在欧洲车厂很少使用涡轮进气引擎，只有申宝、大众、富豪还生产少数的涡轮引擎，申宝和富豪生产的都是低压涡轮大众也只有运用在奥迪TT上的是压力较大的涡轮，而且这些都是小排量的涡轮引擎，欧洲车厂已经不在生产大排量的涡轮引擎了。典型的例子是最新款的奥迪S4将不在沿用2.7排量的双涡轮引擎而改用一个排量更大达到4.2升的NA引擎。现在生产大排量涡轮引擎的只有日本和美国车厂了，最为专著的是日本车厂。欧洲车厂逐渐转向NA引擎是开始意识到NA引擎有更多的好处。同马力的NA车在动力上一定优胜过同马力的TURBO车，自然进气引擎最大的好处是马力随传随到而Turbo车必须要等到涡轮扇叶开始工作后才会做出更大的马力，如果扇叶小了则增压BAR数不够，扇叶大了涡轮迟滞严重难以操控，使用双涡轮则会增加整车重量和建立更复杂的机械结构。可知哪怕是10KG的重量在赛场上也是致命的数字。在这里顺便谈谈涡轮迟滞现象，涡轮迟滞也Turbo Leg，造成Turbo Leg的主要原因是涡轮扇叶在莫一个额定转速段突然开始工作造成的。以大家熟悉的宝来为例，这副引擎涡轮开始工作是1700转左右，增压BAR数为0.35BAR属低压涡轮。涡轮扇叶不大需要推动它在引擎1700转时已有足够的排气压力去推动它，即使开始工作也没有明显不同的感觉，随后涡轮带来的强大动力是随着引擎转速的提升一起提升的。我们再看看有明显涡轮迟滞的车型三菱的EVO系列，这副引擎Turbo的开启点在3200转左右，增压BAR数达到1.2BAR左右。在Turbo工作前这副引擎平平无力和一副2.0的NA引擎没什么两样，可当转速达到3200时强大的动力突如其来车子即刻好像脱缰的野马。因为高压Turbo的增压BAR数大涡轮的扇叶也大，引擎在低速时根本不够力量吹动它，在3200以下Turbo是不工作的，到了3200转扇叶突然开始工作马力激增。这就是涡轮迟滞。很多驾驶经验不够的人驾驶大Turbo车在过弯时经常会发生危险就是因为涡轮迟滞，当你驾车入弯时必会减档，减档后稍有不慎就会令到转速上升越过涡轮的开启点这时马力突然增加就会让车子甩尾失控。大马力的Turbo车多数是后轮车一旦甩尾将会很难操控。

NA车相对TURBO车还有一大好处就是引擎寿命更长和维修简便，NA车最为一种造车理念一直被两间车厂誓死沿用，这辆间车厂就是宝马和本田。最为世界NA引擎的顶级生产厂家他们都有自己在NA界顶尖的技术，本田当然就是使他赖以独步江湖的VTEC，二宝马则是VANOS。万变不离其宗都是可变气门的技术。这仿佛是NA界现在最好的出路。早在1989年本田就推出了至今然仍然领先的VTEC引擎，谛造出1升/100马力的神话。时至90年代末其它车厂才开始竞相研制可变气门的引擎，其中比较著名的是宝马的ValveTronicS和丰田的VVT-I。增大NA车马力的途径很简单只有ONE WAY可走就是增大进气量，但在增大进气量的同时而又不能损失扭力。在NA车的改装上只能使用更换凸轮轴、进气歧管和节气门体等手段，而TURBO车的改装手段则直接很多，只要更换更大的涡轮就能即刻增大马力，这也是很多马力狂热分子选择Turbo车的一大原因。

NA车一直是民用及竞技用车的主流，很多赛事都规定只有NA车能够参加也有很多NA/Turbo同场竞技的赛事。Turbo车在比赛中有很多致命弱点。在引擎长久及告诉工作状态下Turbo车的油温、水温和进气温度会极速攀升，引擎的负荷越来越大随着赛事的进行Turbo引擎的功率会随着时间下降。而NA车则收这方面的引擎不大，油温水温可以控制在比较适合引擎工作的范围之内，而进气温度则完全不收引擎工作时间影响。日常用车中NA/Turbo车也会遇到同样的问题，长途行车Turbo车的温度会很高，停车前必须让涡轮继续工作2-3分钟，从而使新鲜的空气进入涡轮和缸体令到扇叶降温，大家可能不会踩到涡轮扇叶转动的速度有多快，即使是宝来1.8T这样的低压涡轮转速都会超过10万转每分钟，可想而知它的温度会有多高。NA车则没有这样的麻烦。

DTM（德国房车赛）和JGTC（日本超级房车赛），DTM是NA车大斗法的天地，必须是NA车才能参加而且必须是排量为4000cc的V8引擎。赛车的最大马力在500匹左右，虽然是最具权威的赛事但本人觉得比较枯燥，因为参赛车型只有三种奔驰CLK、奥迪TT和欧宝VICTRA。相对DTM JGTC则有意思得多，多组的赛车在一起竞技，有NA也有TURBO。其中NA车的佼佼者是本田的NSX-R，TURBO车的佼佼者是日产的SKYLINE GT-R R34和丰田的SUPRA。其中最瞩目的S级别赛车最大马力都在500匹左右，这里是赛场上能见到大排量TURBO车不多的地方。相对大众的TURBO引擎日本车的大排量TURBO引擎的性能要高一些，日产R34使用2.5直6双涡轮引擎，最大马力潜能是1050匹，丰田SUPRA使用3.0 V6双涡轮引擎，最大马力潜能也有900多匹，丰田TOM’S GT-ONE使用V6 3.5双涡轮增压引擎，最大马力潜能更是达到1100匹。在最大马力上NA车的确无法与TURBO车相比，所以NA或是TURBO各有自己的优缺点。

随着技术的不断发展和改进，现在的涡轮迟滞问题已经可以比较好的解决了，比如偏时点火系统，以及保时捷最新的可变几何涡轮系统(VTG系统) 。

涡轮增压器由涡轮和压缩器组成