标题：涡轮增压
引言
涡轮增压器的发明者是谁，比较公认的说法是瑞士工程师比希，于1905年申报了此项专利，当时主要应用于飞机发动机和坦克发动机，直到1961年美国通用汽车公司才将涡轮增压器试探性的装在其生产的某种车型上，20世纪70年代成为了涡轮增压器的一个转折点，装配增压发动机的保时捷911问世。但让涡轮增压技术焕发青春的非瑞典SAAB绅宝公司莫属，它于1977年推出的SAAB99车型将涡轮增压技术传播的更广泛，但那时的涡轮增压器仅限于装配在小车的汽油发动机上面，一直到80年代中期，欧美的卡车制造商才将涡轮增压技术应用在各自的柴油发动机上面，而国产车是在这10年才开始逐渐流行带涡轮增压器车型的。[1]
概念
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。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。举例向一支正在燃烧的香烟吹气，吹出的混合加压气体可产生类似原理，使火焰温度提升。
增压类型
涡轮增压从工作方式上基本上可以分为以下几种系统：
（1）废气涡轮增压系统。发动机与增压器没有任何机械关系，其压气机主要是内燃机的废气驱动涡轮来维持动力。通常情况下，增压压力能达到 180~ 200Kpa，甚至 300Kpa，通过增设空气冷却装置给高温压缩空气实施冷却。从而应用发动机排出的废气达到增压目的。这种增压器用于各类小汽车中。主要优点：提高的功效大于机械增压。
主要缺点：因为油门的开启略快于发动机动力输出速度，所以在油门加大后通常需要稍作等待，片刻后发动机才能爆发猛烈的动力（严格地说也不能算是缺点）。
（2）机械增压系统。由发动机曲轴和皮带相连的机械增压系统装置在发动机上，发动机工作时，增压器的转子旋转靠输出轴的动力来支持，空气增压直至吹到进气道中。主要优点：发动机转速和增压器的转子是速度同步进行的，因而不存在超前或滞后，发动机动力输出流畅而稳定。
主要缺点：机械增压因摩擦力大，动
力消耗厉害，增压效率不高是必然的。
（3）复合增压系统。在发动机上采用废气涡轮增压器的同时应用机械驱动式增压器。当然还有其他增压方式，如气波增压、惯性增压等。 3涡轮增压器安装前后发动机的对比分析机械增压系统机械增压系统：  涡轮增压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。气波增压系统气波增压系统：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。废气涡轮增压废气涡轮增压系统：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  涡轮增压技术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涡轮，涡轮带动泵轮旋转，泵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。增压器结构排气涡轮增压器包括涡轮机叶轮和轴，空气压缩机机轮，轴承与轴承的情况下，压缩机壳体和涡轮机壳体。此外小排气涡轮增压器需要一个单元，用于控制集成的涡轮机壳体中的电荷的空气压力。
图例：
1压缩机背板上 
2推力轴承
3轴承下
4热屏蔽
5涡轮增压住房
6涡轮机叶轮
7汽轮机排气
8废物门
9摄入量为9号汽轮机
10油排气
11轴承
12主轴承 
13压缩环和保持器
14压缩机轮
15强制墨盒
16进气口
17压力软管
18扩散
19压缩机外壳
20油的摄入量
21排气  Structure of a exhaust turbo charger复合增压系统复合增压系统：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。
优缺点
优点：在相同排量的前提下，能大幅提升发动机的功率和扭矩，大约40%左右，也就是1.8T大约能相当于2.4L。燃料燃烧的更充分。 
缺点：维护保养费用贵不少，并且在城市中大部分时候涡轮增压器是不工作的，因为一般都设定在3500转左右才会启动涡轮增压。而且安了涡轮增压的车动力输出反应滞后，油门踩下去提速会有一个延时，因为废气涡轮增压器需要发动机的废气驱动，当你踩下油门后涡轮增压器并没有马上提高工作效率，要等个两秒以上才会反应过来。涡轮增压原理图册(6张)
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转的时候涡轮增压就介入了，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。[2]
使用常识
工作环境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：保养方法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左右，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，建立润滑油模块，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。
9、要保持空气滤清器的清洁，与普通发动机相比，涡轮增压发动机对清洁的要求更高。因为若杂质进入压气叶轮，会造成转速不稳或轴套和密封件加剧磨损。
10、发动机机油保持清洁，涡轮增压发动机对机油的要求也比较高，必须保持清洁。另外如果机油变质要及时更换。否则机油的润滑能力下降，会造成增压器轴承的润滑不足而损坏，增加保养成本，甚至造成涡轮增压器的过早报废。
11、着车就走和立即熄火对涡轮增压发动机都不好，发动机发动后最好怠速运转一阵，使润滑油充分润滑轴承，对发动机起到很好的保护作用。另外，发动机长时间高速运转后，应怠速运转3-5分钟再熄火，否则，会引起涡轮增压器内滞留的机油过热而损坏轴承和轴。[3]
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热量，导致空  涡轮增压气膨胀密度降低，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，所以又称作中间冷却器，简称中冷器。
工作原理
涡轮增压工作原理图，红色为高温废气，蓝色为新鲜空气