涡轮增压的历史?

涡轮增压的历史?

谈到涡轮增压相信很多人都是耳熟能详的，正因为这样一个先进的技术引进，改写了汽车排量决定功率的历史。一般来说，汽车引擎的排量和功率是成正比的，要提高发动机的输出功率，最直接的方法就是提高发动机的排量。但排量提高的同时，发动机制造的精密程度、重量、能耗也被无限量增大，其缺点也是显而易见的。为了化解这一矛盾，那些富有钻研精神的汽车工程师们创新式的使用了发动机增压技术，它使汽车引擎获得额外的大功率动力输出成为了可能。下面我们就具体来看看涡轮增压的历史和使用。

说到涡轮增压技术，它已经有100多年历史了。在1905年Alfred Buchi博士就申请了第一款涡轮增压器的专利动力驱动的轴向增压器。 世界上第一台废气驱动的增压器问世于1912年，而涡轮增压器的规模化生产出现在二战时期，由美国首先将其运用在军用飞机上。Saab则是第一家把涡轮增压器应用到汽车产品上的汽车制造商。

　　到了1961年，小轿车开始试探性地安装增压器，但因为瞬间产生的巨大压力和热量，使安装后效果并不理想。而来自于北欧瑞典的Saab萨博公司则是第一家把涡轮增压器应用到汽车产品上的汽车制造商，1977年问世的Saab萨博99汽车，使汽车发动机在应用涡轮增压技术上，真正开始走向成熟，它的到来同时宣告了汽车产业一个新时代的诞生。涡轮增压技术改写了排量大小决定功率的传统概念。

　　汽车发动机是靠燃料在发动机汽缸内燃烧作功而对外输出功率。在发动机排量一定的情况下，要提高输出功率，最有效的方法就是提供更多燃料燃烧，但传统发动机进气系统却难以提供充足的空气。涡轮增压是一种提高发动机的进气能力的技术，它采用专门的压气机将气体预先压缩再输入汽缸，这样，气体的质量将大大增加。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率可提高大约40%。

　　世界上首个新型带涡轮增压的直喷汽油发动机现已问世。这款2.0l FSI发动机适用于大众集团生产制造的诸多车型：如 A3、 A4、 A6 和高尔夫 GTI等等。曼胡默尔公司有幸参与到大众集团的这个FSI开发项目中，为开发新型发动机做出了重要贡献。曼胡默尔不仅为奥迪发动机生产部提供了进气模块，还提供了机油模块和用于曲轴箱通风的二段式压力调节阀。

　　2.0l FSI发动机被来自26个国家的56个记者评为今年最有影响力的发动机（Engine of the Year）。此新型带涡轮增压的直喷发动机在发动机直喷的过程中（燃料分层喷射，Fuel Stratified Injection / FSI），燃油在高压下通过喷嘴直接射入燃烧室，与可选择的空气循环一样，FSI也有助于实现最理想的空燃比。结合涡轮增压，FSI拥有性能高和油耗低的特点。一系列数据显示，直喷发动机加强了奥迪车的运动性能。采用该发动机的奥迪各类轿车的马力在70-200匹之间。当每分钟转速在5,100 到6,000转之间时，VW GTI车从该发动机获得的马力为200匹。当每分钟转速在1,800 to 5,000转之间、在相当宽泛的一个速度范围内， 最大扭矩可达 280牛顿/米。它还能使时速在七秒内从0公里/小时加速到100公里/小时。有的车型的最高时速甚至可以达到 240 公里/小时。尽管时速如此之快，而其额外增加的百公里平均油耗仅在7.7升左右。

　　曼胡默尔为此款新型发动机提供了技术复杂的进气歧管系统。它不仅整合了进气歧管，还引入了活性碳过滤系统、汽油喷射和节气门。在燃烧室内，它还为可选择的空气循环系统提供一个优化气流的下降活塞。有一个电驱动的杠杆系统有效控制每个汽缸内的每个旋涡，风门被铸在钢轴喷射器上，用于控制燃烧室内的气流，确保空燃比达到最佳状态。整个开发小组在设计这个系统时，需正确选用32种零件。而技术人员从开发到量产，总共才用了短短15个月的时间。

一、什么是涡轮增压？

首先我们来弄明白什么是涡轮增压。涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的1.8T，帕萨特1.8T，宝来1.8T等等。

　　涡轮增压套件

　　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。

　　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。

[编辑本段]二、涡轮增压的原理

　　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，从而提高燃烧作功能力。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。

　　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。

　　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。

[编辑本段]三、发动机增压的种类

　　1、机械增压系统：这个装置安装在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但是由于装在发动机转动轴里面，因此还是消耗了部分动力，增压出来的效果并不高。

　　2、气波增压系统：利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统增压性能好、加速性好但是整个装置比较笨重，不太适合安装在体积较小的轿车里面。

　　3、废气涡轮增压系统：这就是我们平时最常见的涡轮增压装置了，增压器与发动机无任何机械联系，实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它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，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与祸轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%—30%。但是废气涡轮增压器技术也有其必须注意的地方，那就是泵轮和涡轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排出的废气驱动泵轮，泵轮带动涡轮旋转，涡轮转动后给进气系统增压。增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑，还有冷却液为增压器进行冷却。

　　4、复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，机械增压有助于低转速时的扭力输出，但是高转速时功率输出有限；而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出，但低转速时则力不从心。发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起，来解决两种技术各自的不足，同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。这种装置在大功率柴油机上采用比较多，汽油机上采用双增压系统（复合增压系统）的车型还比较少，大众的1.4 TSI发动机（这款发动机兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。在低转速时，由机械增压提供大部分的增压压力，在1 500rpm时，两个增压器同时提供增压压力。随着转速的提高，涡轮增压器能使发动机获得更大的功率，与此同时，机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制，它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时，由涡轮增压器提供所有的增压压力，此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离，防止消耗发动机功率）采用了了这一系统。其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，只是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易，因此很难普及。

[编辑本段]四、涡轮增压发动机的缺点和优点

　　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。

[编辑本段]五、涡轮增压发动机的使用

　　涡轮增压器是利用发动机排出的废气驱动涡轮，它再怎么先进还是一套机械装置，由于它工作的环境经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600度以上，增压器的转速也非常高，因此为了保证增压器的正常工作，对它的正确使用和维护十分重要。主要我们要遵循以下的方法：

　　1、汽车发动机启动之后，不能急踩加速踏板，应先怠速运转三分钟，这是为了使机油温度升高，流动性能变好，从而使涡轮增压器得到充分润滑，然后才能提高发动机转速，起步行驶，这点在冬天显得尤为重要，至少需要热车5分钟以上。

　　2、发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。原因是发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的，正在运行的发动机突然停机后，机油压力迅速下降为零，机油润滑会中断，涡轮增压器内部的热量也无法被机油带走，这时增压器涡轮部分的高温会传到中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转。这样就会造成涡轮增压器转轴与轴套之间“咬死”而损坏轴承和轴。此外发动机突然熄火后，此时排气歧管的温度很高，其热量就会被吸收到涡轮增压器壳体上，将停留在增压器内部的机油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。因此发动机熄火前应怠速运转三分钟作用，使涡轮增压器转子转速下降。此外值得注意的就是涡轮增压发动机同样不适宜长时间怠速运转，一般应该保持在10分钟之内。

　　3、选择机油的时候一定要注意。由于涡轮增压器的作用，使进入燃烧室的空气质量与体积有大幅度的提高，发动机结构更紧凑、更合理，较高的压缩比，使发动机的工作强度更高。机械加工精度也更高，装配技术要求更严格。所有这些都决定了涡轮增压发动机的高温、高转速、大功率、大扭矩、低排放的工作特点。同时也就决定了发动机的内部零部件要承受较高的温度及更大的撞击、挤压和剪切力的工作条件。所以在选用涡轮增压轿车车用机油时，就要考虑到它的特殊性，所使用的机油必须抗磨性好，耐高温，建立润滑油膜块，油膜强度高和稳定性好。而合成机油或半合成机油恰好可以满足这一要求，所以机油除了最好使用原厂规定机油外还可以选用合成机油、半合成机油等高品质润滑油。

　　4、发动机机油和滤清器必须保持清洁，防止杂质进入，因为涡轮增压器的转轴与轴套之间配合间隙很小，如果机油润滑能力下降，就会造成涡轮增压器的过早报废。

　　5、需要按时清洁空气滤清器，防止灰尘等杂质进入高速旋转的压气叶轮，造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。

　　6、需要经常检查涡轮增压器的密封环是否密封。因为如果密封环没有密封住，那么废气会通过密封环进入发动机润滑系统，将机油变脏，并使曲轴箱压力迅速升高，此外发动机低速运转时机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度消耗产生“烧机油”的情况。

　　7、涡轮增压器要经常检查有没有异响或者不寻常的震动，润滑油管和接头有没有渗漏。

　　8、涡轮增压器转子轴承精密度很高，维修及安装时的工作环境要求很严格，因此当增压器出现故障或损坏时应到指定的维修站进行维修，而不是到普通的修理店。

[编辑本段]六.涡轮增压冷却系统

　　中冷器是增压系统的一部分。当空气被高比例压缩后会产很高的生热量，从而使空气膨胀密度降低，而同时也会使发动机温度过高造成损坏。为了得到更高的容积效率，需要在注入汽缸之前对高温空气进行冷却。这就需要加装一个散热器，原理类似于水箱散热器，将高温高压空气分散到许多细小的管道里，而管道外有常温空气高速流过，从而达到降温目的（可以将气体温度从150℃降到50℃左右）。由于这个散热器位

于发动机和涡轮增压器之间，所以又称作中央冷却器，简称中冷器。

　　涡轮增压工作原理图，红色为高温废气，蓝色为新鲜空气

涡轮增压历史简介 涡轮增压系统从发明到现在已超过百年，发展至今已在汽车工业中扮演着举足轻重的角色，提供着双重需求：既迎合越来越严格的环保排放标准，又能满足客户的驾驶乐趣。 涡轮增压系统 早在1885 年和1896 年，Gottlieb Daimler和Rudolf Diesel 分别对于将燃烧空气提前进行压缩来提高功率及燃油经济性进行了研究。在1905 年，Sulzer Brothers Research andDevelopment 公司的Alfred Buchi 博士申请了第一款涡轮增压器的专利“动力驱动的轴向增压器”，1911 年在瑞士的Winterthur 增压器厂开工，在1915 年制造出了原型航空器发动机增压器，利用发动机废气驱动，主要目的是用来克服高海拔稀薄空气对动力的负面影响。由于加压后的空气含有大量氧气， 配合相应的供油，能让引擎发挥强大的扭力和马力。换个角度，在相同的出力下，可以用较小排气量来做到，也就减轻了整体的重量。总的来说，对引擎的效率有很大的提升。 这个特点，在数十年前航空业发挥相当大的功能。在高空中气压低，引擎吸不了多少空气，加上螺旋桨在稀薄空气中效率也降低，所以高度越高，飞机的性能就越差。有了增压的帮助，就让当年的飞机得以改善在高空的性能。在1919 年，通用电气（GE）制造的增压器还破纪录地将飞行器升到了一万米高空。1925 年，瑞士工程师AlfredBüchi 成功地利用废气增压实现了汽车发动机功率提高40% 的创举，成为第一个实际应用涡轮增压的人。这也是汽车工业开始逐步引入涡轮增压的一个里程碑。 涡轮进入汽车量产 宝马发动机 不过当时的汽车工业还没有完全认识到增压器的潜力，顶多也就是1938 年Swiss MachineWorks Saurer 公司制造了一批涡轮增压的卡车引擎。尽管付出了巨大的开发费用，但由于这批车辆的耐用性极差，很快就从市场上消失了。不过在60年代美国Garrett开始将它广泛推广，1961年，首部在轿车上试探性安装增压器的OldsmobileF85 出现了， 并在1962 年上市。在尝试到使用了增压技术的威力后，Oldsmobile 决定再将Jetfire3.5 升V8 发动机加装上涡轮，没想到比原本的185hp 多出了30hp 到达了215hp。这让许多车厂艳羡不已，决心注资开发涡轮车型。