你不知道的技术！涡轮里面还有这么多学问

【卡车之家 原创】如果让你说出一个能提升动力的发动机配件，我相信即使不懂车的人也会脱口而出：“大涡轮”。现如今，涡轮增压器已经成为了很多车上发动机的一个必备配件。而涡轮的技术也在不断迭代中，今天咱们就来聊聊涡轮增压器那些事。

在聊涡轮的技术之前，咱们先来聊聊涡轮增压器是怎么回事。简单地说，其实涡轮增压器就是两个连在一起的风扇。一个被发动机的尾气吹，像是风车一样提供转动能量。另外一个，则像是一个风扇，向发动机里面吹气。

涡轮增压器的核心原理，其实就是通过发动机的废气推动叶轮转动，再通过这个转动让进气侧的扇叶随之转动，往发动机里面强行灌气，灌气后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发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

所以，对于涡轮增压器来说，有几个维度就变得很重要了。一个是增压值，也就是它能往发动机里灌进去多少空气，另外一个就是它的稳定性和启动速度，毕竟发动机不是随时都排出一样多的尾气的。而这些技术，基本也都是围绕着这个来的。

对大号的涡轮增压器来说，增压值虽然会比较大，但是相应的它就需要比较多的尾气来启动，使其正常工作。而这就会造成车辆低速没有涡轮介入，所以比较无力的问题。如果换装小号涡轮，涡轮高速又不能提供一个比较理想的增压值。为了解决这个问题，双涡轮增压，是很多厂商选择的一种方式。

去年12月，我们的小编杨昊就曾写到过福康F4.5TT这款双涡轮增压发动机，这款发动机采用了串联式涡轮增压设计，串联式双涡轮设计一般会使用一大一小两个涡轮，当发动机转速度低，排出的废气量不高时，小涡轮会因为转动惯量小进而优先转动，提升车辆在低速状态下的动力表现。而当车速提升，发动机转速持续攀升后，所排出的废气量增加，大涡轮开始介入工作，这时又会进一步提升整车的动力输出，让车辆在前、中、后段的加速能力得到整体进步。

这样的双涡轮增压设计，使这款发动机能够输出最大输出功率为176kW（240马力），峰值扭矩为900牛米，并且从1000rpm开始就可以输出780牛米的低速扭矩。相比单涡轮发动机，动力提升了大约10%。

那么有没有单涡轮也能低速启动的方法呢？有！VGT技术，翻译成中文就是“变截面涡轮增压”。如果再说直白点，其实它就是在涡轮里面加入了一些小挡板，通过改变挡板的角度，来改变尾气的流向和流速来增强风压，实现涡轮快速启动的一种技术。

我们都知道，涡轮是靠发动机排出的尾气来推动的。所以，驱动涡轮增压器的实际上是气流，或者说是风压。那么如果我们能够有效增加风压使其直吹叶片，涡轮也就能在排气量较少的时候也转起来了。而VGT就是利用了这个原理，为了好理解咱们举个例子。

在刮风天，我们路过两座大楼中间的时候，往往会感觉到这个地方的风比其他地方要更大，这种现象叫做大楼风。它的原因就是气流在通过狭窄地方的时候流速会加快，VGT也利用了同样的原理。

VGT在涡轮增压器内部内置了一些可调的导风板，当车辆发动机转速较低的时候，驱动涡轮的尾气较少，导风板关闭，让气流从一个小缝隙中得到加速，吹到涡轮叶片上，这时候涡轮被高速气流吹动，实现启动。

而当发动机转速上来之后，导风板再通过执行器打开，让大量气流能够快速通过，进一步强化涡轮增压器的作用。这样下来，涡轮保持高转速的时间就长了，即使是一颗比较大的涡轮，咱们的发动机就也能够轻松推动了。

如果你觉得这些还不够的话，可以关注一下某些零部件企业推出的电子涡轮。在过去很长的一段时间里，电子涡轮一直是某些家用轿车的“智商税”产品，这主要是因为过去的电机转速太低，达不到涡轮增压器需要的每分钟十万转以上的转速。

而伴随着科技的发展，现今电子涡轮已经逐渐变得不一样了。以我自己定制的一款暴力风扇来说，我的风扇电机在原厂状态下，以310V电压驱动可以达到每分钟11万转，在修改线圈后，在12V的供电情况下，通过某测速APP显示，其可以达到每分钟76000转以上。

经风速仪测试，其吹出来的风速达到了31.29米每秒。如果将其对着电子秤吹，电子秤上的读数在129克左右。这足以说明，伴随着技术的进步，电子风扇取代传统涡轮增压器可能不是什么问题。（海军试了下，全力吹击风速计显示的风速为8米每秒左右）

奥迪就曾在其高性能SUV SQ7上采用过电子涡轮增压器，在这款车搭载的4.0T V8发动机上，奥迪为其配备了两颗传统废气涡轮和一颗电子涡轮，使其最大能够输出435马力和900牛·米的扭矩。

这里面，电子涡轮无疑彻底摆脱了废气多少的限制，能够做到随时启动。而这，或许在某天你就能在你的卡车上看到。

除了涡轮本身的技术之外，沃尔沃还把算盘打到了涡轮的转动上。沃尔沃D13TC发动机上，就使用了一种名叫“复合涡轮技术”的东西。它最直接的用处，就是在涡轮快速旋转的时候，通过一套机构，使其能够直接与发动机的曲轴相连，从而为发动机提供动力。

有消息显示，这套机构能够为这款发动机提供额外50马力的动力。比如发动机原本460马力，那么加上复合涡轮提供的额外50马力，那么发动机最大就可以输出510马力。

● 编后语：

其实在卡车上，很多部件都有你想不到的技术。而在这些技术的加持下，推进了发动机动力的提升与油耗的降低。那么看完这些之后，你有没有想到什么技术呢？欢迎在下方留言。（文/袁圣）

涡轮只会调压力？你太不了解涡轮了，来看看原理吧

了解如何玩好Turbo之前先来一点涡轮小常识：

1、涡轮的结构

涡轮增压器的英文全称是Turbocharger，也可以简称为Turbo。

左边红色腔体部分叫涡轮机（Turbine）或者涡轮废气侧，扇叶在受到高温高压高速的发动机废气后会高速旋转，废气推动完叶片后，由图中最左侧的（中央开口处）管路流入排气管，它也是涡轮工作的驱动力提供者。

中间黄色部分是一个传动轴（Shaft），其作用是将Turbine扇叶的旋转力尽可能少损失地传递，这根传动轴的两头各有一个“止推轴承”让其稳定工作，当然了，这里头还有冷却油路或油路+水路。

右边蓝色的腔体名为压缩机（Compressor），由涡轮机一侧扇叶转动传递来的旋转力带动压缩侧扇叶转动，经过空气隔后的新鲜空气从中央被吸入后，通过扇叶转动产生的离心力将空气甩向外壳边缘的同时，也将空气进行了压缩后，由图中右上方那个蓝色的口流出，流向中冷器（Intercooler）或者节气门。

图：这个就是涡轮增压器内的核心组件：扇叶，下方扇叶为废气侧扇叶，上方则为压缩侧扇叶。

2、涡轮的工况

涡轮增压器主要的受热是Turbine一侧接受的高温排气，一般可以达到800~900°C，即使扇叶采用钛合金等导热能力很差的材质，其热量也会通过轴承传递给压缩侧的扇叶，加上高温排气的流速接近音速，扇叶的转速能达到每分钟20万转，即使轴承由机油负责冷却，甚至采用滚珠轴承降低摩擦发热，其摩擦发热量也是惊人的，所以，扇叶及轴承在使用一段时间后便要进行保养或者更换，这是最基本的涡轮增压器使用的常识。

图：这是整个涡轮增压引擎的工作流程图：1、进气；2、经过压缩的空气；3、中冷器为压缩过的新鲜空气降温；4、进入引擎燃烧室；5、排气；6、进入废气侧扇叶驱动扇叶组旋转；7、进入排气管。

3、涡轮应用的小历史

涡轮增压器由瑞士工程师Alfred Büchi于1905年发明并取得专利，而其最早的实际应用是在飞机上使用，而第一台涡轮增压引擎则出现于上世纪二十年代的Napier Lion十二缸飞机引擎上，1912年由德国人鲁道夫.迪塞尔将之应用在柴油引擎上，而今天被广泛认知的汽油机用涡轮增压器，则到了1962年的奥兹无比（Oldsmobile）Aluminum 215的V8引擎上才出现，名为“Turbo-Rocket”；欧洲的第一台涡轮增压车型是1973年推出宝马2002 Turbo上的M31（1990cc）引擎；而日本第一台涡轮增压车型则是1979年日产推出的Cedric公爵及Gloria歌利亚上的L20ET引擎。

图：1962年的Oldsmobile推出了首台名为Turbo Rocket的V8引擎，马力215匹/4600转，涡轮在2000转开始进入正压，最大增压值为0.34 Bar。

图：1973年，宝马在2002上搭载了欧洲首台涡轮增压引擎，代号M31，使用KKK的涡轮增压器，压缩比只有非常低的6.9:1，配以机械式燃油喷射，5800转时能产生170匹马力。

图：作为全球汽车工业三强地区之一的日本，到了1979年才首次推出汽油涡轮增压引擎，搭载于公爵上的L20ET直列六缸引擎，但这台引擎没有配备中冷器，最大马力为145匹。

虽然在汽车上使用涡轮增压器的历史已经有数十年时间，但这一路走来并非一帆风顺，在第二次石油危机前，各个汽车厂商对于涡轮增压器的应用也有各自不同的见解和趋向，而当中更多的是考虑到在一定的排气量下尽可能地压榨出更多的动力为思路，所以也有了八十年代一级方程式那种1.5公升输出一千多匹的变态设定（例如本田RA166E的V6引擎达1055匹），而乘着这一轮的余波，九十年代开始兴起的高性能涡轮增压引擎也成为了许多车迷心中的一种信仰和情怀（例如福特Escort上的Cosworth YBT引擎、三菱的4G63引擎等等）。2005年，大众开始掀起了一股小排量引擎涡轮化的大潮（EA211、1.4公升TSI双增压引擎），通过与缸内直喷技术的结合而令小排量引擎获得近似于较大排量引擎的动力参数，这也是不能不说是一种对地球生态环境的妥协和维护。

通过上文的原理和历史的介绍可知，其实涡轮增压器这个引擎子系统是由多个组件构建而成，当中的学问自然也非常多，例如压缩腔有A/R值，中冷器的大小和厚度、进气管道的材质和管径搭配、进气泄压阀的灵敏度、废气旁通阀的反应等，都会影响到整个涡轮增压系统的效率和引擎最终的动力输出曲线图，所以对于许多车主而言，看到这么多的Check Point是不是就开始迷糊了，“这么多的要领、这么高的难度，那怎么玩好我的涡轮引擎呢？”

图：如何提高扇叶效率、如何让废气冲击废气侧扇叶时更有效地控制转速，这是目前涡轮增压器发展的大方向，于是，VTG涡轮就此诞生。

图：Intercooler中冷器是几乎所有涡轮增压系统都已经必备的核心组件之一，空气被压缩侧扇叶压缩后，空气的密度增大、随之发热量就会增加，但高温气体的氧密度低，与燃油混合后的燃烧效率不足，所以中冷器就是为了降低进气温度而设。

其实，抽丝剥茧地，涡轮增压系统并没有这么多难点，更加不用画重点，作为普通驾驶者，其实只需要把握住重点即可，那就是我们上面已经提及的扇叶轮组，只要知道它是整个涡轮增压系统的核心部件，你就知道从哪里入手了，俗语不是说吗，打蛇打七寸、擒贼先擒王嘛，玩好涡轮的第一步，可以从更换扇叶轮组开始。

图解涡轮增压工作原理～这篇让你真正读懂！

在平时开车的时候相信大家都有体会，感觉带“T ”的发动机很给力，动力很强劲。可涡轮增压发动机为什么动力这么强劲？又是怎样增压的？下面我们就来了解一下发动机增压器的工作原理。

●节气门的作用

在发动机进气系统中主要有两大部件，一是空气滤清器，负责过滤空气中的杂质；二是进气管道，将空气引入到气缸中。在进气管中有个很重要的部件，就是节气门。

节气门主要的作用就是控制进入气缸的混合气量大小。我们开车时踩油门踏板的深浅，其实就是控制节气门开度的大小。油门踩得越深，节气门开度就越大，混合气进入量就越大，发动机的转速就会上升。

传统拉线油门是通过钢丝一端与油门踏板相连另一端与节气门相连，它的传输比例是1：1，这种方式控制精度不理想。而现在的电子节气门，是通过位置传感器，将踩踏油门动作的力量、幅度等数据传输到控制单元进行分析，总结驾驶者的意图，再由ECU计算实际节汽门开合度并发出指令控制节汽门电机工作，从而实现对节气门的精准控制。

● 进气歧管长度可变？

进气歧管内安装控制阀，通过它的打开和关闭，可以将进气歧管分为两段，从而改变它的有效长度。改变进气歧管的长度主要是为了提高发动机在不同转速时的进气效率，提升发动机在各个转速下的动力性能。

● 排气歧管为什么“长”得奇形怪状的？

汽车的排气系统主要包括排气歧管、三元催化转化器、消声器和排气管道等。主要的作用就是将气缸内燃烧的废气排出到大气中。

我们看到的排气管大多都形状怪异，这种设计是为了最大限度地避免各缸排出的废气发生相互干涉或废气回流的现象，而影响发动机的动力性能。

● 涡轮增压是怎样增压的？

涡轮增压（Turbocharger）简称Turbo或T。平时我们在车尾看到诸如1.4T、2.0T等字样，说明这辆车的发动机是带涡轮增压的。

涡轮增压器主要由涡轮机和压缩机两部分组成，通过一根传动轴连接。涡轮的进气口与发动机排气歧管相连，排气口与排气管相连；压缩机的进气口与进气管相连，排气口则接在进气歧管上。通过发动机排出的废气冲击涡轮高速运转，从而带动同轴的压缩机高速转动，强制地将增压后的空气压送到气缸中。

涡轮增压主要是利用发动机废气的能量带动压缩机来实现对进气的增压，整个过程中基本不会消耗发动机的动力，拥有良好的加速持续性，但是在低速时涡轮不能及时介入，带有一定的滞后性。

● 机械增压又是怎样的？

机械增压（Supercharger）主要是通过曲轴的动力带动一个机械式的空气压缩机旋转来压缩空气的，但工作过程中会对发动机输出的动力造成一定程度的损耗。

由于机械增压器是直接由曲轴带动的，发动机运转时，增压器也就开始工作了。所以在低转速时，发动机的扭矩输出表现也十分出色，但是在发动机高速运转时，机械增压器对发动机动力的损耗也是很大的，动力提升不太明显。

● 双增压发动机是怎样工作的？

双增压发动机，顾名思义就是指一台发动机上装有两个增压器。如一台发动机上采用两个涡轮增压器，则称为双涡轮增压发动机。

针对废气涡轮增压的迟滞现象，排气管上并联两只同样的涡轮，在发动机低转速的时候，较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，减小涡轮迟滞效应。

前面了解到，涡轮增压器在低转速时有迟滞现象，但高速时增压值大，发动机动力提升明显，而且基本不消耗发动机的动力；而机械增压器，是发动机运转直接驱动涡轮，没有涡轮增压的迟滞，但是损耗部分动力、增压值较低。一旦把它们结合一起就可以优势互补了。

双增压发动机示意图（涡轮增压器+机械增压器）

如大众高尔夫GT上装备的1.4升TSI发动机，设计师就把涡轮增压器和机械增压器结合到了一起。将机械增压器安装到发动机进气系统上，涡轮增压器安装在排气系统上，从而保证发动机在低速、中速和高速时都能有较好的增压效果。