我國車用渦輪增壓器壓氣機的現狀研究

王鈺斌　雷汝婧

摘要：本文簡要介紹了渦輪增壓技術與其發展歷程，概括了渦輪增壓器與壓氣機的基本結構，分析了國內市場概況，對未來渦輪增壓器市場趨勢做出了判斷。

關鍵詞：渦輪增壓器;壓氣機;市場;趨勢

隨著人們對環保重視程度的不斷提升，世界各大主要汽車市場制定并執行的改善油耗及廢氣排放法規及行業標準也相應更為嚴格，德法英等眾多國家甚至宣布將全面禁售燃油汽車。傳統燃油汽車制造企業面對如此嚴峻的形勢，紛紛在提高發動機效率、降低排放方面下功夫。目前較為成熟的主要技術包括，混合動力技術以及渦輪增壓技術。

一、渦輪增壓技術與其發展

渦輪增壓技術是發動機增壓的一種方式，目前已被廣泛采用。渦輪增壓器本質上是一種空氣壓縮機，其可以通過提升進氣壓力，來達到增加進氣量的目的。其往往是利用發動機排氣慣量。一般利用發動機排出廢氣的慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪隨即帶動與之同軸的葉輪，葉輪將經過空氣濾清器送來的空氣增壓后送入氣缸，增加了進氣總量，故而它可以向發動機燃燒室內注入更多的燃油。隨之提高了發動機的機械功率，并能夠顯著提升燃燒效率。采用渦輪增壓技術可以更充分的利用發動機燃燒室，帶來減輕重量、提升燃油經濟性的同時，有效降低排放。

在我國，從20世紀50年代末開始生產增壓器，但受多種原因限制，我國渦輪增壓技術此后經歷了較長的停滯期。自20世紀90年代開始，渦輪增壓器作為一種節能、高效、科技含量高的環保型汽車發動機零部件產品，在柴油機市場受到廣泛應用，而隨著國六排放法規的實施，越來越多的汽油機也紛紛采用渦輪增壓技術。未來渦輪增壓技術應用前景還有機會進一步擴大。

二、渦輪增壓器與壓氣機的基本結構

渦輪增壓器通常包括壓氣機與渦輪機兩部分。渦輪機由渦輪殼、噴嘴環及單級渦輪等部件組成，它的作用為壓氣機工作提供動力源。壓氣機則包含了單級離心式壓氣機、擴壓器與殼體等。渦輪與主軸通過焊接連接起來，壓氣機葉輪安裝于渦輪軸上，通常采用螺母壓緊。為保證其工作時的高速旋轉的穩定性，渦輪軸與壓氣機葉輪都需要進行動平衡測試。增壓器轉子通常采用內支承型式。以常見的離心式壓氣機結構為例，其一般由進氣道、葉輪、擴壓器和壓氣機蝸殼等部件組成。

在壓氣機中，進氣道的功能是將外部空氣引導至壓氣機葉輪。設計中通常將通道采用漸進式縮小的方式，來降低氣體由于流動產生的損耗。入口通道有軸向入口和徑向入口兩種形式。軸向入口通道廣泛應用于中小型渦輪增壓器，該形式中的氣體沿軸向直接進入到壓氣機中，這種設計簡單，流動損失小。徑向入口形式通則常用在置于軸承外的大型渦輪增壓器上，該種形式下，氣體首先沿徑向進入入口通道，然后再沿軸向進入壓氣機的葉輪。

三、國內市場概況

渦輪增壓器是內燃機的關鍵部件之一，在改善燃燒效率的同時，優化排放降低污染，且具備明顯的高原補償功能。按照工作原理劃分，增壓器有廢氣渦輪增壓器（渦輪增壓器）、機械增壓器、電子增壓器等類型，其中車用市場中較多的使用尾氣渦輪增壓器。

車用增壓器屬于機械制造業，其與上下游行業的關聯性非常強。當上游金屬等價格出現較大的波動時，渦輪增壓器必然受到影響;而下游的發動機或整車市場不景氣時，渦輪增壓器生存壓力必然增大。

就目前我國柴油發動機市場來看，渦輪增壓器的普及使用比例在重型卡車及中重型工程機械領域基本達到了100%，在輕型卡車的普及程度接近50%。但在市場份額更大的乘用車市場，目前廣泛采用的是汽油機，該領域以合資品牌推出渦輪增壓版汽油機為發端，隨后國內自主品牌才陸續跟進，但當前渦輪增壓器的使用比例尚不足30%，市場潛力可以說有較大挖掘空間。在汽車零部件市場領域，高端商用車及國內乘用車市場幾乎被外資品牌壟斷。全球渦輪增壓器市場前十強企業中，已經在中國國內設立獨資或合資企業的已達到五家，他們占據了近三分之二的市場份額。面對強大的競爭對手，國內自主品牌增壓器生產企業致力于打破產業格局。但就研發能力、生產規模、質量控制和管理等方面，國內自主品牌制造企業還有不少困難有待攻克。目前國內自主品牌增壓器以中低端商用車市場為主。伴隨著中國汽車市場影響力不斷提升，產業集群優勢日漸突出，產業配套體系強大且完善，全球其他注明汽車零部供應商也紛紛躍躍欲試隨時準備在中國投資建廠，在可以預見的未來十余年，渦輪增壓器市場的競爭必然會達到白熱化程度。

數據顯示，伴隨著國內汽車產銷量一路高歌猛進，中國的渦輪增壓器銷量增長速度領跑全球。從2009年的170萬臺一路飆升至2019年的1196萬臺，年均復合增長率達到兩位數，遠高于世界平均水平。有預測表示，2021年我國車用渦輪增壓器市場銷量有望達到1472萬臺。

四、市場趨勢分析

渦輪增壓器在技術上研發主要呈現以下幾個特點：一是注重新材料、新工藝、新技術的應用;二是注重增壓器與內燃機的同步開發，電控趨勢明顯，更加關注系統綜合效率;三是產品向著小型化、高速化的緊湊型結構發展;四是充分利用排氣能量的同時，盡量優化振動與噪聲，避免進排氣干擾。此外，轉子輕量化、可變截面、兩級增壓、高響應特性、耐高溫等領域也是其技術發展的關注方向。

結合技術現狀及國內外市場發展來看，未來國內車用渦輪增壓器的市場呈現以下一些趨勢：

（一）市場潛力將進一步挖掘

雖然世界眾多國家紛紛宣布將在未來全面禁售燃油汽車，但我國政府對此一直保持審慎的態度。2020年9月《節能與新能源汽車技術路線圖（2.0版）》已通過專家評審，其中明確表示：不建議制定“禁止燃油車”時間表。到2035年，節能汽車與新能源汽車將大概各占一半比例。這無疑給傳統燃油汽車市場注入了一劑強心針，中國汽車市場基數大，消費升級潛力巨大，伴隨著全面建成小康社會，特別是中低線城市消費新生代有望成為增長新熱點。而隨著新上市的成品車中渦輪增壓器配置比重的增加，預計渦輪增壓器的需求增速有望超越汽車整車產量增速。

據統計，2016年全球渦輪增壓器滲透率為40%，同年在中國的滲透率為32%，略有差距。截至2018年，全球渦輪增壓器滲透率為44%，在中國則為40%，盡管滲透率不及世界水平，但增長速度高于全球速度。預計到2021年中國渦輪增壓器滲透率與全球滲透率平齊，約為48%。可見，全球及中國的渦輪增壓器滲透水平均不高，在渦輪增壓器下游市場不斷擴張的情況下，渦輪增壓器未來的成長空間還很大。數據顯示，2018年中國渦輪增壓器市場容量達到278億元，同比增長6.5%，預計到2021年其市場容量將達368億元。受國家“節能減排”政策的強力推動，未來渦輪增壓器在中國新銷售車輛中的配置率將繼續提高，未來五年，中國仍將是全球渦輪增壓器增長最快速的地區。

（二）消費市場將出現分級

如同其他成熟市場，伴隨著激烈的市場競爭以及消費者需求的多元化，市場也將會逐步呈現出分級現象。有消費者看重產品品質、品牌，也有消費者關注性價比，還的消費者可能在乎的是產品的兼容性和拓展性，而諸如房車/旅行車的消費用戶還會格外關注實際運用的體驗等。消費分級有助于市場多元化競爭，對于國內眾多的中小型企業而言，算的上是一次有利的機會，可以專注某一特定消費領域，生耕細作，做強做大也是有機會的。

（三）服務消費領域競爭越來越激烈

由于渦輪增壓器對使用技術條件有一定的要求，而用戶在使用過程中往往不能很好的關注技術條件的細節要求，導致市場普遍認為渦輪增壓技術比較“嬌氣”，同時也導致了渦輪增壓技術對售后的要求較高。未來渦輪增壓企業如果不重視服務消費領域，那將極有可能被市場淘汰。

（四）技術融合升級有一定的想象空間

隨著我國智能網聯汽車技術的積累與發展，未來汽車大數據的整合與運用也被視為一片“沃土”。可以將渦輪增壓技術融合進全新汽車生態系統，通過大數據有效催生全新業務模式，還可加強跨領域的合作，未來技術的融合升級有一定的想象空間。

五、結語

在眾多節能減排技術中，渦輪增壓技術被認為是更具經濟效益的節能技術。我國汽車產業要堅持綠色發展的理念，車用渦輪增壓器市場有望進一步發展。未來市場具備較大的增長潛力，消費市場呈現出分級趨勢，同時服務消費領域競爭日趨激烈，技術融合升級也具備一定條件。

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論文來源：本文為湖北省教育廳科學研究計劃項目《基于ANSYS CFX的車用渦輪增壓器壓氣機渦管的優化設計》（編號：B2018267）的部分成果，雷汝婧為課題負責人，王鈺斌為課題參與人

作者簡介：王鈺斌（1985—），男，漢族，河南柘城人，本科，講師，汽車服務工程專業負責人，研究方向：汽車后市場及汽車服務工程。