汽車渦輪增壓的功用？構(gòu)造？和原理都是什么

【專家解說】：　　渦輪增壓原理　　
　　　　使用渦輪增壓發(fā)動機的車型現(xiàn)在越來越多，到底什么是渦輪增壓發(fā)動機，它的基本結(jié)構(gòu)和工作理又如何呢?現(xiàn)在坊間越來越多車迷朋友知道渦輪增壓可以提升動力，但卻不知道它是如何完成，如果要改裝又應(yīng)如何改動?一切的一切，我們都需要從渦輪增壓系統(tǒng)的基本原理談起。　影響發(fā)動機動力輸出的原因有很多，但其中最重要的，莫過于如何把更多的空氣塞進(jìn)汽缸，提高容積效率(更多的空氣將帶來更大的動力)。排量為3000cc 的引擎所能夠產(chǎn)生的馬力與扭矩，在理論上必然會比相同設(shè)計的2000cc 引擎來得大。
　　NA動力提升方法 一般的NA(自然進(jìn)氣)發(fā)動機的做法，逃不開加大節(jié)氣門口徑，或換多喉直噴等，使高轉(zhuǎn)速時可以在同油門深度下，獲得更多的空氣量。但這種方法在某一轉(zhuǎn)數(shù)后，作用就有限了。畢竟NA 發(fā)動機的空氣是靠真空吸入的。在汽缸容積固定不變的情況下，真空吸入空氣有一個相對的限度。
　　有的NA 發(fā)動機改用高角度凸輪軸(Hi Cam，借此增加進(jìn)排氣門重疊角度)，可以在高轉(zhuǎn)速下獲得高動力，但缺點是低轉(zhuǎn)的扭矩較差，而且如果角度過大，會有發(fā)動機怠速不穩(wěn)的現(xiàn)象。所以現(xiàn)在不少的新車都用上可變氣門正時技術(shù)，再配合可變凸輪軸等技術(shù)(如VVTL-i、i-VTEC、MIVEC)……以期在低轉(zhuǎn)扭矩和高轉(zhuǎn)馬力之間取得很好的平衡。
　　但即便是用盡以上方法，發(fā)動機的進(jìn)氣效率頂多提高60%。NA 發(fā)動機始終無法避免其宿命——空氣是被動地被吸入汽缸內(nèi)的。也就是說，引擎所需的空氣完全依靠活塞下行時產(chǎn)生的負(fù)壓而進(jìn)入，即便汽缸吸滿了空氣，缸中氣壓也就小于或等于一個大氣壓。所以NA 發(fā)動機的升功率始終遠(yuǎn)不如能將空氣與燃油強制送入的汽缸中，可輕松獲得一倍以上馬力的增壓發(fā)動機。
　　渦輪增壓系統(tǒng)原理解構(gòu)
　　渦輪系統(tǒng)是增壓發(fā)動機中最常見的增壓系統(tǒng)之一。
　　如果在相同的單位時間里，能夠把更多的空氣及燃油的混合氣強制擠入汽缸(燃燒室)進(jìn)行壓縮燃爆動作(小排氣量的引擎能“吸入”和大排氣量相同的空氣，提高容積效率)，便能在相同的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較自然進(jìn)氣發(fā)動機更大的動力輸出。渦輪增壓利用廢氣驅(qū)動，基本沒有額外的能量損耗(對發(fā)動機沒有額外的負(fù)擔(dān))，便能輕易地創(chuàng)造出大馬力，是非常聰明的設(shè)計。情形就像你拿一臺電風(fēng)扇向汽缸內(nèi)吹，硬是把風(fēng)往里面灌，使里面的空氣量增多，以得到較大的馬力，只是這個扇子不是用電動馬達(dá)，而是用引擎排出的廢氣來驅(qū)動。
　　一般而言，引擎在配合這樣的一個“強制進(jìn)氣”的動作后，起碼都能提升30%-40% 的額外動力，如此驚人的效果就是渦輪增壓器令人愛不釋手的原因。況且，獲得完美的燃燒效率以及讓動力得以大幅提升，原本就是渦輪增壓系統(tǒng)所能提供給車輛最大的價值所在。
　　該系統(tǒng)包括渦輪增壓器、中冷器、進(jìn)氣旁通閥、排氣旁通閥及配套的進(jìn)排氣管道。
　　渦輪增壓系統(tǒng)的工作
　　用以下簡單的步驟讓你明白渦輪增壓的工作順序，從而便能清楚了解渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理。
　　一，發(fā)動機排出的廢氣，推動渦輪排氣端的渦輪葉輪(Turbine Wheel)②，并使之旋轉(zhuǎn)。由此便能帶動與之相連的另一側(cè)的壓氣機葉輪(Turbine Wheel) ③也同時轉(zhuǎn)動。
　　二，壓氣機葉輪把空氣從進(jìn)風(fēng)口強制吸進(jìn)，并經(jīng)葉片的旋轉(zhuǎn)壓縮后，再進(jìn)入管徑越來越小的壓縮通道作二次壓縮，這些經(jīng)壓縮的空氣被注入汽缸內(nèi)燃燒。
　　三，有的發(fā)動機設(shè)有中冷器，以此降低被壓縮空氣的溫度、提高密度，防止發(fā)動機產(chǎn)生爆震。
　　四，被壓縮(并被冷卻后)的空氣經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入汽缸，參與燃燒做功。
　　五，燃燒后的廢氣從排氣管排出，進(jìn)入渦輪，再重復(fù)以上(一)的動作。
　　渦輪增壓器 渦輪增壓器本體是渦輪增壓系統(tǒng)中最重要的部件，也就是我們一般所說的“蝸牛”或“螺仔”。因渦輪的外形與蝸牛背上的殼或海產(chǎn)攤內(nèi)的海螺十分近似而得名。
　　渦輪增壓器本體是提高容積效率的核心部件，其基本結(jié)構(gòu)分為：進(jìn)氣端、排氣端和中間的連接部分。
　　其中進(jìn)氣端包括壓氣機殼體(Compressor Housing，包括壓氣機進(jìn)風(fēng)口(Compressor Inlet)、壓氣機出風(fēng)口(Compressor Discharge)、壓氣機葉輪(Compressor Wheel)。
　　而排氣端包括渦輪殼體(Turbine Housing， 其中包括渦輪進(jìn)風(fēng)口(Turbine Inlet)、渦輪出風(fēng)口(TurbineDischarge)、渦輪葉輪(Turbine Wheel)。
　　在兩個殼體間負(fù)責(zé)連接兩者的，還有一個軸承室(CenterHousing)，安裝有負(fù)責(zé)連接并承托起壓氣機葉輪、渦輪葉輪，應(yīng)付上萬轉(zhuǎn)速的渦輪軸(Shaft)，以及與之對應(yīng)的機油入口(Oil Inlet)、機油出口(OilOutlet)等(甚至包括水入口和出口)。
　　“高溫”是渦輪增壓器運作時面臨的最大考驗。渦輪運轉(zhuǎn)時，首先接觸的便是由引擎排出的高溫廢氣(第一熱源)，其推動渦輪葉輪并帶動了另一側(cè)的壓氣機葉輪同步運轉(zhuǎn)。整個葉片輪軸的轉(zhuǎn)速動輒120000-160000rpm。所以渦輪軸高速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的熱量非常驚人(第二熱源)，再加上空氣經(jīng)壓氣機葉輪壓縮后所提高的溫度(第三熱源)，這三者成為渦輪增壓器最最嚴(yán)峻的高溫負(fù)擔(dān)。渦輪增壓器成為一個集高溫原件于一體的獨立工作系統(tǒng)。所以“散熱”對于渦輪增壓器非常重要。渦輪本體內(nèi)部有專門的機油道(散熱及潤滑)，有不少更同時設(shè)計有機油道以及水道，通過油冷及水冷雙重散熱，降低增壓器溫度。
　　渦輪軸
　　渦輪軸(Bearing)看起來只是簡單的一根金屬管，但實際上它是一個肩負(fù)120000-160000rpm 轉(zhuǎn)動及超高溫的精密零件。其精細(xì)的加工工差、精深的材料運用和處理正是所有渦輪廠最為核心的技術(shù)。傳統(tǒng)的渦輪軸使用波司軸承(Bushing Bearing)結(jié)構(gòu)。它確實只是一根金屬管，其完全倚仗高壓進(jìn)入軸承室的機油實現(xiàn)承托散熱，因此才能高速地轉(zhuǎn)動。
　　而新近出現(xiàn)的滾珠軸承(Ball Bearing)逐漸成為渦輪軸發(fā)展的趨勢。顧名思義，滾珠軸承就是在渦輪軸上安裝滾珠，取代機油成為軸承。滾珠軸承有眾多好處：摩擦力更小，因此將有更好的渦輪響應(yīng)(可減少渦輪遲滯)，并對動力的極限榨取更有利;它對渦輪軸的轉(zhuǎn)動動態(tài)控制更穩(wěn)定(傳統(tǒng)的是靠機油做軸承，行程漂浮);對機油壓力和品質(zhì)的要求相對可以降低，間接提高了渦輪的使用壽命。但其缺點是耐用性不如傳統(tǒng)的波司軸承，大約7 萬-8 萬公里就到壽命極限，且不易維修、維修費昂貴。因此重視耐久性的渦輪制造廠( 如KKK) 就不會推出此型式渦輪。