關于汽車發動機渦輪增壓技術的探討

李樹鑫 紀紅 胡明 劉永珍 劉陽

【摘 要】渦輪增壓發動機是依靠渦輪增壓器來加大發動機進氣量的一種發動機，它利用發動機排出的廢氣作為動力來推動位于排氣道內的渦輪，渦輪轉動的同時帶動位于進氣道內同軸的葉輪，葉輪壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸，當發動機轉速加快，動力輸出就更高。

【關鍵詞】渦輪增壓發動機；增壓技術

渦輪增壓發動機（Tubro）是一個空氣壓縮機，它利用發動機排出的廢氣作為動力來推動位于排氣道內的渦輪，渦輪轉動的同時帶動位于進氣道內同軸的葉輪，葉輪壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。當發動機轉速加快，高速的廢氣推動渦輪提速，廢氣排出速度與渦輪轉速同步加快，空氣壓縮程度得以加大，發動機的進氣量就相應地增加，氣缸內燃燒更充分，動力輸出就更高。

一、渦輪增壓發動機優勢特點

內燃機是一種耗氣機械，由于燃油需要與空氣混合才能完成燃燒沖程一旦空燃比達到某一值后，再增加燃油，不但不會產生更多功率，還將黑煙和未燃盡的燃油排到大氣中。發動機供油越多，黑煙就越濃。因此，當超過空燃比極限后，繼續供油不但消耗更多燃油、使柴油機壽命縮短，還會嚴重污染大氣。渦輪增壓的最大優點是它可在不增加發動機排量的基礎上，大幅度提高發動機的功率非增壓發動機通過曲軸的運動直接從大氣中吸進空氣，而渦輪增壓發動機由渦輪增壓器向發動機提供壓縮空氣。由于進入氣缸的空氣增多所以允許噴入較多的燃油使發動機產生較多的功率并具有較高的燃燒效率。這意味著一臺尺寸和重量相同的發動機經增壓后可以產生較多的功率或者說一臺小排量發動機經增壓后可產生與較大發動機相同的功率。其它還有節約燃油和降低排放等優點。由于渦輪增壓器為發動機提供了更多的空氣燃油在發動機氣缸里燃燒時會燃燒得更充分、更徹底。

二、渦輪增壓存在的一些不足

（一）渦輪滯后。渦輪增壓是利用發動機排出的廢氣作為動力來推動渦輪室內的渦輪（位于排氣管道內），渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪就壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。由于葉輪的慣性作用對油門瞬時變化反應遲緩，使得駕駛者深踩油門時，從踩下油門的瞬間開始到葉輪轉動將更多空氣壓進發動機中間有一個很明顯的時間差，從而使動力輸出不夠線性，沒有傳統的自然吸氣發動機輸出直接，有一定的滯后性，也就是大家常說的渦輪滯后問題。

（二）使用范圍受限。目前市場上的渦輪增壓發動機的渦輪增壓器都需要發動機達到一定的轉速才能工作，我們還以上文中那款1.4T（以一款1.4T）渦輪增壓發動機為例，它的渦輪增壓器工作要求是發動機轉速達到1750rpm，而當轉速達到4500rpm時渦輪增壓即停止工作。在目前城市的交通條件下看，汽車在擁堵的市區大行駛時，很多時候還沒有等到渦輪工作就要減速甚至停車，啟動次數少。更何況市場上還有很多的車型渦輪工作轉速要2500rpm甚至3500rpm。它們在日常駕駛中使用次數更少。消費者雖然花了多出普通自然吸氣發動機的價錢，卻在最平常的駕駛中體現不出其價值。

（三）使用成本高。第一由于渦輪增壓器是利用發動機排出的廢氣驅動渦輪，長期處于高轉速、高溫的惡劣環境下，大大增加了渦輪損壞的幾率。但是就目前的技術水平而言，如今的渦輪增壓車型，渦輪使用壽命已經基本同整車的壽命。第二因為渦輪增壓發動機的高溫、高轉速、大功率、大扭矩、低排放的工作特點，在為渦輪增壓車型選擇機油時要特殊考慮，所使用的機油必須抗磨性好，耐高溫，建立潤滑油膜塊，油膜強度高和穩定性好。比起同排量的自然吸氣發動機在機油上的花費就會多一些。第三因為渦輪增壓器的價格十分昂貴，日常使用過程中要不斷清潔空氣濾清器，防止灰塵等雜質進入高速旋轉的壓氣葉輪，造成轉速不穩或軸套和密封件加劇磨損。還要保持機油濾清器的清潔，防止雜質進入，影響渦輪增壓壽命。

三、壓系統（增壓系統）的在使用時應注意事項

（一）渦輪增壓發動機的最大優點是它可實現小排量、高功率、高扭矩。尤其是其扭矩輸出增加明顯。但由于渦輪介入程度取決于轉速高低，因此初期渦輪增壓車型存在渦輪時滯的問題，那么是否應對渦輪遲滯需要維持高轉速駕駛？不一定，隨著渦輪增壓技術的進步，其在低轉速情況下渦輪就已經開始介入，目前在售的多數增壓車型，在2000rpm前就可以輸出80%甚至100%的扭矩，因此沒必要維持高轉速，那樣還會造成油耗增加。

（二）渦輪增壓發動機要選擇耐高溫、抗氧化好的優質機油，并且還要注意適當縮短機油的更換周期。渦輪增壓器屬于高溫部件，因為驅動它運行的氣體直接來自氣缸內排出的廢氣，溫度高達900°C-1000°C，而在全負荷狀態下，渦輪的轉速可達每分鐘18萬-20萬轉。很顯然，渦輪在如此高溫下還要做著如此的高速運轉，那就需要特別高效穩定的潤滑條件。而且在高溫高壓環境下工作，增壓器的各個部件以及潤滑油就必須具備良好的耐高溫性和密封性。

（三）冷車啟動要慢行、熱車也要怠速一會再熄火。我們知道渦輪屬于一種高速運轉部件，所以需要潤滑油的實時保護，而在冷車啟動的初期，機油溫度通常都比較低，也比較粘稠，潤滑效果不佳，而待其升溫到正常工作溫度則需要有一個過程和時間，如果在這幾分鐘內您強迫渦輪以全負荷的狀態工作，那么就會增大渦輪的磨損，縮短渦輪的壽命。所以正確的使用方法是，您在開車的頭幾分鐘應先怠速運轉幾分鐘，等機油進入最佳狀態后，再踩油門讓發動機高轉速運轉，尤其是在北方的冬天，冷車啟動后一定要注意先讓車熱熱再走。而關于停車則很容易被車主忽略，由于渦輪工作時溫度非常高，所以停車以后您最好先原地怠速一會兒再滅車，這就可以讓渦輪的溫度一點點降低下來，需要注意的是在滅車后渦輪由于慣性所致還會繼續運轉，此時仍然需要機油潤滑，若您突然關掉發動機，那么整個發動機系統都不再工作，渦輪的冷卻系統和潤滑油供應都會嘎然而止，只能靠自然冷卻，這樣則會導致渦輪壽命銳減，所以我們建議使用渦輪發動機的車型最好都能先原地怠速一會再滅車。

（四）要對渦輪增壓器進行定期檢查，檢查各個密封環是否有損壞、機油進油管和回油管接頭是否有松動和滲油的跡象、增壓器廢氣排出口是否殘留有機油、壓縮機進氣直管壁內是否有機油、以及渦輪增壓器是否有異響或者不正常的震動。如果在您平時使用過程中發現有以上不正常現象，這時就需要盡早到4S店去檢修了，以避免發生更嚴重的部件損傷。

（五）注意保持渦輪的清潔。渦輪增壓器轉軸與軸套之間的配合間隙很小，所以如果使用的機油不干凈或者由于機油濾清器不干凈導致有雜質進入，那樣就會造成渦輪增壓器的過度磨損。另外，如果吸入的空氣中含有大量雜質，這些灰塵顆粒一旦進入高速運轉的增壓器葉輪，就會使灰塵顆粒撞擊增壓器葉輪，從而造成渦輪運轉不穩、軸套和密封件磨損，因此使用渦輪的車型要特別注意及時更換機油濾清器和空氣濾清器，保持渦輪的清潔

（六）由于渦輪增壓器轉子軸承精密度很高，維修及安裝時的工作環境要求很嚴格，所以增壓器出現故障或損壞時應到指定的維修站進行維修。

四、結語

綜上，對于渦輪增壓器發動機來說，只要掌握了正確的操作方法并定期檢查維護好渦輪增壓器，不但會使渦輪增壓器的使用壽命大大延長，提高了汽車的動力性，而且也提高了汽車使用的經濟性。

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