汽車：渦輪增壓百年
渦輪增壓器100歲了，還在汽車界扮演著重要的角色，提供著雙重需求：既迎合政府嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，又能滿足客戶的駕駛樂趣。
發(fā)動機(jī)是靠燃料在汽缸內(nèi)燃燒作功來產(chǎn)生功率的，輸入的燃料量受到吸入汽缸內(nèi)空氣量的限制，所產(chǎn)生的功率也會受到限制，如果發(fā)動機(jī)的運行性能已處于最佳狀態(tài)，再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進(jìn)入汽缸來增加燃料量，提高燃燒作功能力。在目前的技術(shù)條件下，渦輪增壓器是惟一能使發(fā)動機(jī)在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機(jī)械裝置。
渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。輪增壓器是用來提高發(fā)動機(jī)功率和減少排放的重要部件，其本身不是一種動力源，它是利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入汽缸。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機(jī)的輸出功率了。
說到渦輪增壓器，也就是近10年才被人們常常提到，哪知道它已經(jīng)100歲了。在1905年，Sulzer Brothers Research and Development 公司的Alfred Buchi博士申請了第一款渦輪增壓器的專利――動力驅(qū)動的軸向增壓器，1911年在瑞士的Winterthur增壓器廠開工，在1915年制造出了原型航空器發(fā)動機(jī)增壓器，利用發(fā)動機(jī)廢氣驅(qū)動，主要目的是用來克服高海拔稀薄空氣對動力的負(fù)面影響。在1919年，通用電氣(GE)制造的增壓器將飛行器升到了一萬米高空。當(dāng)時的人們還沒有完全認(rèn)識到增壓器的潛力，直到1938年第一款帶增壓的卡車發(fā)動機(jī)面市。
■ 汽車增壓技術(shù)走向成熟
Buchi是渦輪增壓器之父，Garrett將它廣泛推廣。到了1961年，小轎車才開始試探性地安裝增壓器，首先出現(xiàn)在Oldsmobile F85上, 并在1962年上市。使用了增壓技術(shù)的Oldsmobile Jetfire3.5升V8發(fā)動機(jī)達(dá)到了215馬力，而非增壓的最好成績只有185馬力。對于轎車，20世紀(jì)70年代是渦輪增壓器的一個轉(zhuǎn)折點。帶增壓的Porsche911于1975年面市。1977年Saab 99 將渦輪增壓器技術(shù)傳播得更廣泛，使2升發(fā)動機(jī)的動力性能與3升發(fā)動機(jī)相同。接著是奔馳300D Turbo，它的動力性能給人留下了很深的印象。1978年別克Regal和Le Sabre運動款安裝了渦輪增壓器。在20世紀(jì)最后20年中，帶渦輪增壓器的車型一款款的出現(xiàn)了。渦輪增壓器在賽車中也起著重要的作用，包括WRC、勒芒24小時。
渦輪增壓器會產(chǎn)生更大的扭矩以滿足駕駛樂趣。為了滿足發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)速下的需求，1989年出現(xiàn)了可變增壓的渦輪增壓器（VNT）。在發(fā)動機(jī)低速時，渦輪增壓器減小喉口，提高增壓；在發(fā)動機(jī)全速運轉(zhuǎn)時，渦輪增壓器喉口增大，保證增壓不會超出需求。喉口可用真空管控制。優(yōu)點是提高了發(fā)動機(jī)低速時的加速性能。今天的渦輪增壓器已經(jīng)變得部件更少、體積更小、轉(zhuǎn)速更高（高達(dá)280000rpm），空氣壓縮比已經(jīng)達(dá)到2～2.5∶1（汽油機(jī)）和4～6∶1（柴油機(jī)）。
■ 渦輪增壓器工作原理簡單，但制造工藝要求高
渦輪增壓器就是一個氣泵，渦輪增壓器安裝在發(fā)動機(jī)的排氣管上，發(fā)動機(jī)氣缸排除的廢氣推動渦輪葉輪轉(zhuǎn)動。再帶動壓氣機(jī)葉輪將經(jīng)空濾器濾清的空氣加壓后送入氣缸。因為進(jìn)入氣缸的空氣增多，所以允許噴入更多的燃油或使燃油燃燒更充分，從而使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生更大的功率和降低排放、減少污染。另外，渦輪增壓器還可以使發(fā)動機(jī)在高原工作時獲得功率補償。由發(fā)動機(jī)排出的廢氣來驅(qū)動渦輪增壓器一側(cè)的葉輪，當(dāng)它越轉(zhuǎn)越快時，另一側(cè)的葉輪也在同步加快，增大了進(jìn)入燃燒室的進(jìn)氣量。就像你所理解的，壓縮后的空氣會變得很熱，所以在進(jìn)入燃燒室前要進(jìn)行冷卻，就是我們常說的中冷。中冷也幫助降低了燃燒室的溫度。
渦輪增壓器的原理很簡單，但實際上它是很復(fù)雜和精密的。不僅需要內(nèi)部配件的嚴(yán)密配合，渦輪增壓器還要和發(fā)動機(jī)嚴(yán)密匹配，否則就會降低發(fā)動機(jī)的效率甚至造成損壞。
■ 渦輪增壓器帶來的好處
今天，隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的越來越嚴(yán)格，汽車制造商不僅要滿足環(huán)保要求，同時又要滿足客戶的需求，保證足夠的駕駛樂趣。渦輪增壓器正好能滿足降低排放并提高燃油經(jīng)濟(jì)性，同時又不會以失去駕駛樂趣為代價。渦輪增壓器能夠提供更好的燃油經(jīng)濟(jì)性，因為增壓會給燃燒室提供更多的空氣，使燃燒更徹底，排放更干凈。對于汽油機(jī)，CO2的排放與相同功率的自然吸氣發(fā)動機(jī)相比要少10～20%。其他好處有：在高海拔地區(qū)也能滿足空氣供給；在冷啟動時使三元催化更快進(jìn)入工作等。
今天在歐洲，渦輪增壓器已經(jīng)占到了50%，在亞洲、美國也都在增長?，F(xiàn)代渦輪增壓器也改變了人們對柴油機(jī)的看法，渦輪增壓器已經(jīng)成為提高動力性能的主流方向。隨著新的耐高溫材料、新的平衡技術(shù)和微量潤滑油軸承系統(tǒng)及全新電子控制的使用，渦輪增壓器對于21世紀(jì)的汽車還同樣起著重要的作用。
使用注意事項
由于渦輪增壓器經(jīng)常處于高速、高溫下工作，增壓器廢氣渦輪端的溫度在600℃左右，增壓器轉(zhuǎn)子以832－1040r／min 的高速旋轉(zhuǎn)，因此為了保證增壓器的正常工作，使用中應(yīng)注意以下幾點：
1、不能著車就走。發(fā)動機(jī)發(fā)動后，特別是在冬季，應(yīng)讓其怠速運轉(zhuǎn)一段時間，以便在增壓器轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)之前讓潤滑油充分潤滑軸承。所以剛啟動后千萬不能猛轟油門，以防損壞增壓器油封。
2、不能立即熄火。發(fā)動機(jī)長時間高速運轉(zhuǎn)后，不能立即熄火。發(fā)動機(jī)工作時，有一部分機(jī)油供給渦輪增壓器轉(zhuǎn)子軸承潤滑和用于冷卻的。正在運行的發(fā)動機(jī)突然停機(jī)后，機(jī)油壓力迅速下降為零，增壓器渦輪部分的高溫傳到中間，軸承支承殼內(nèi)的熱量不能迅速帶走，而同時增壓器轉(zhuǎn)子仍在慣性作用下高速旋轉(zhuǎn)，因此，發(fā)動機(jī)熱機(jī)狀態(tài)下如果突然停機(jī)，會引起渦輪增壓器內(nèi)滯留的機(jī)油過熱而損壞軸承和軸。所以發(fā)動機(jī)大負(fù)荷、長時間運行后，在熄火前應(yīng)怠速運轉(zhuǎn)3－5min，讓增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降下來以后再熄火。特別要防止猛轟幾腳油門后突然熄火。
3、 保持清潔。拆卸增壓器時，要保持清潔，各管接頭一定要用清潔的布堵塞好，防止雜物掉進(jìn)增壓器內(nèi)，損壞轉(zhuǎn)子。維修時應(yīng)注意不要碰撞損壞葉輪，如果需要更換葉輪，應(yīng)對其做動平衡試驗。重新裝復(fù)完畢后，要取出堵塞物。
4、由于增壓器經(jīng)常處于高溫下運轉(zhuǎn)，它的潤滑油管線因受高溫作用，內(nèi)部機(jī)油容易有部分的結(jié)焦，這樣會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞。因此，潤滑油管線在運行一段時間后要進(jìn)行清洗。
5、經(jīng)常注意檢查增壓器的運轉(zhuǎn)情況。在出車前、收車后，應(yīng)檢查氣道各管的連接情況，防止松動、脫落而造成增壓器失效和空氣短路進(jìn)入氣缸。
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