渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和原理
      大家目前聽得多的，當(dāng)然是渦輪增壓了。渦輪增壓現(xiàn)在風(fēng)頭正勁，歐美中級車已經(jīng)大規(guī)模使用并且向緊湊級車型延伸。關(guān)于渦輪增壓器，還是有很多有意思的話題的。
渦輪增壓器的來源
      20世紀(jì)20年代，船舶開始配備渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī)。第二次時間大戰(zhàn)期間，美國戰(zhàn)機(jī)也大量使用渦輪增壓，目的就是我們在第一篇提到的，解決戰(zhàn)機(jī)在高空吸入空氣量不足的問題，其中有不少都是“名機(jī)”：例如B-17空中堡壘、B-24轟炸機(jī)、P-38閃電和P-47雷電這兩款戰(zhàn)斗機(jī)。
廢氣的能量
      發(fā)動機(jī)在燃燒后的混合氣體叫做廢氣，不過這個廢氣其實其實還是蘊(yùn)藏很大能量的。正常發(fā)動全負(fù)荷工作時的排氣溫度大概在750-900攝氏度。排氣壓力視乎發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)而定，但往往具有數(shù)倍的的大氣壓力值。這些廢氣在排氣門打開的瞬間，流速可以達(dá)到500-700m/s，這個動能是相當(dāng)大的，不利用可就浪費(fèi)了。
渦輪增壓器原理很簡單 工藝極復(fù)雜
        由于廢氣具備的能量依然很大，不用可就浪費(fèi)了。因此工程師想到了利用廢氣的動能，就好比水電站利用水的沖擊力一樣，利用廢氣推動增壓器產(chǎn)生增壓效果，因而得名廢氣渦輪增壓。 
渦輪增壓器的核心部件就是渦輪和壓氣機(jī)葉輪，這兩者是通過轉(zhuǎn)軸連接在一塊的。渦輪增壓器的工作很簡單，高壓廢氣沖擊渦輪使其高速旋轉(zhuǎn)，同時也就帶動了葉輪高速轉(zhuǎn)動,葉輪就能高速壓縮空氣了。這個轉(zhuǎn)速非常高，現(xiàn)在車用渦輪增壓的轉(zhuǎn)速在12-20萬轉(zhuǎn)之間。
        渦輪的作用是將廢氣的動能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸的高速旋轉(zhuǎn)，葉輪的作用是對空氣進(jìn)行壓縮，因此兩者的形狀是完全不同的的，氣流的運(yùn)動方向也完全不一致。由于渦輪承受的是發(fā)動機(jī)高溫高壓的廢氣，所以對材料的要求極高。
渦輪增壓器的優(yōu)勢
        渦輪增壓器的動力來源于高溫高壓廢氣，因此不會額外消耗發(fā)動機(jī)自身功率，這和機(jī)械增壓器會消耗發(fā)動機(jī)7%功率的情況是完全不一樣的。此外，渦輪增壓器直接連接在排氣管上，結(jié)構(gòu)緊湊。
      “壓力越大，動力越大”這是渦輪增壓的真實寫照。上篇我們提到過的機(jī)械增壓器增壓值一般在0.5bar以下（以后數(shù)據(jù)都以bar為單位），并且隨著轉(zhuǎn)速的提升消耗發(fā)動機(jī)的功率也越多。但渦輪增壓完全沒有這樣的缺點，反而會因為轉(zhuǎn)速的上升而更具威力。因為隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，排氣壓力也會越來越大，沖擊渦輪的力量也更大，整個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速將會快速上升，壓氣葉輪也能高速轉(zhuǎn)動起來。
      渦輪增壓則很容易超過1bar的增壓值，例如高爾夫R能達(dá)到1.3。不少改裝車經(jīng)過缸體強(qiáng)化和電腦調(diào)教之后也能夠輕易實現(xiàn)1.5的高增壓值，例如十代翼豹STI原廠增壓值0.9，調(diào)整發(fā)動機(jī)電腦后能夠輕易達(dá)到1.5。不過我們一般購買的家用非性能車，例如家用的高爾夫1.4T，君威2.0T，增壓值都遠(yuǎn)低于1，一般在0.3-0.5之間，這樣可以平衡性能、油耗和發(fā)動機(jī)的壽命。從中看出，渦輪增壓比機(jī)械增壓的增壓值高得多，相應(yīng)而獲得的發(fā)動機(jī)功率提升也更大。
    渦輪增壓器的認(rèn)識誤區(qū)
高溫是渦輪增壓器大的殺手
      渦輪增壓器結(jié)構(gòu)簡單、不消耗發(fā)動機(jī)自身的功率、增壓值高，這些因素導(dǎo)致渦輪增壓具備強(qiáng)大的優(yōu)勢。不過渦輪增壓的原理使其具備一個大的隱患：高溫。也正是這個隱患導(dǎo)致渦輪增壓遲遲沒有進(jìn)入民用領(lǐng)域。
      熱量的來源有幾個方面。第一是廢氣溫度、前面我們講過，汽油發(fā)動機(jī)的排氣溫度在全負(fù)荷工作時能夠達(dá)到750-900度，在一般工作狀態(tài)下也有將近700度。這些廢氣在推動渦輪旋轉(zhuǎn)的過程中自身會降溫，這個溫度跑去哪呢?就是被渦輪葉片所吸收了。
      其次，連接渦輪和葉輪的轉(zhuǎn)軸以十多萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸和軸承之間的摩擦就會產(chǎn)生大量的熱量。進(jìn)氣葉輪不斷地吸入空氣，壓縮空氣，自身的溫度也會升高。這些因素加起來，使整個渦輪增壓器處于“熱火”之中。
      高溫導(dǎo)致的渦輪失效主要在于渦輪葉片變形燒蝕、轉(zhuǎn)軸拉傷失效。多年來工程師為了對付這個問題想出了各種方法，概括來說無非就是兩種：使用更耐熱的材料和采用更有效的降溫方法。
渦輪增壓真的有“遲滯”嗎
      “渦輪遲滯”曾經(jīng)是用戶詬病的缺點。所謂的遲滯是我們踩下油門踏板那一刻，到發(fā)動機(jī)輸出相應(yīng)功率所需要的時間。實際上所有的發(fā)動機(jī)都會存在這個遲滯，只是多少而已。因為如果您仔細(xì)感覺的話，都可以感覺出來。我們在踩下油門踏板的瞬間，發(fā)動機(jī)需要吸入更多的空氣、調(diào)整噴油量，這些都需要時間。
      因為早期的渦輪增壓發(fā)動機(jī)在“遲滯”方面表現(xiàn)突出，因為被廣為認(rèn)知。那么渦輪的遲滯是從哪里來的呢?一是渦輪轉(zhuǎn)動的慣性、要將其加速需要時間；二是轉(zhuǎn)軸和軸承之間的摩擦；因為葉輪攪動空氣所形成的阻力了。在這三個因素里，葉輪攪動空氣所產(chǎn)生的阻力是為主要的。正是因為整個渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速提升需要時間，葉輪越大，增壓值越大，所需要的加速時間就越長，形成的“遲滯”就越明顯。
      改善渦輪遲滯的方法有很多，一方面可以借助直噴技術(shù)，間接提升低速時的扭矩特性，從而使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升，增加廢氣能量推動渦輪，減少渦輪遲滯。另一方面，可以通過減少增壓值，減少整個渦輪轉(zhuǎn)子的尺寸和重量，一方面可以減少慣性和摩擦，更為重要的是減少了葉輪阻力。
      早期的渦輪增壓發(fā)動機(jī)由于沒有直噴的幫助，加上為了追求性能而采用高增壓大渦輪，遲滯現(xiàn)象相當(dāng)明顯?，F(xiàn)在的渦輪增壓器執(zhí)行器價格普遍采用直噴技術(shù)，另外采用低增壓技術(shù)，渦輪遲滯現(xiàn)象已經(jīng)得到很大改善，在日常普通駕駛幾乎難以察覺，唯有在急加速時方能有所察覺，但這種遲滯現(xiàn)象和自然吸氣發(fā)動機(jī)在加速時的動力提升緩慢又有多大區(qū)別呢?（除非你開大排量自然吸氣）目前的低增壓直噴渦輪發(fā)動機(jī)的“遲滯”現(xiàn)象根本不能和早期的高增壓發(fā)動機(jī)相比，只不過由于遲滯的說法已經(jīng)存在多年，先入為主而已。
渦輪介入的說法準(zhǔn)確嗎
      我們經(jīng)常會在聽到“渦輪介入”的說法，例如大眾1.8T發(fā)動機(jī)在1500轉(zhuǎn)的時候能夠達(dá)到扭矩250牛米，通常的說法是“渦輪在1500轉(zhuǎn)的時候介入”。事實上這一說法并不準(zhǔn)確。其實只要渦輪達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，葉輪產(chǎn)生的進(jìn)氣壓力高于自然吸氣時的壓力，就可以說渦輪介入工作了，而1500轉(zhuǎn)則是達(dá)到了增壓壓力狀態(tài)，我們可以稱為渦輪全開。因此，渦輪介入工作的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)比我們看到的扭矩出現(xiàn)的時間要早，但具體在什么轉(zhuǎn)速開始介入則要視乎不同的發(fā)動機(jī)而定。