說(shuō)到渦輪增壓（Turbo），大家想必都非常熟悉。如今市面上大部分汽車都采用了渦輪增壓。我們經(jīng)?？梢钥吹狡囄膊康腡urbo或者T字樣，即表明該車采用的發(fā)動(dòng)機(jī)是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)了。但是大家對(duì)于耳熟能詳?shù)臏u輪增壓是否了解呢？是只聞其名，不知其實(shí)？還是知其然，不知其所以然？

本期碳元素為大家解惑，讓我們一起探討一下應(yīng)用于汽車引擎的渦輪增壓技術(shù)。

渦輪增壓是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的一種進(jìn)氣形式，常見(jiàn)的渦輪增壓分為機(jī)械渦輪增壓（大家稱之為機(jī)械增壓）和廢氣渦輪增壓（大家稱之為渦輪增壓），加上同樣為人熟知的自然吸氣（NA），這三者是目前市面上常見(jiàn)的3中汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣形式。那么問(wèn)題來(lái)了，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣為什么需要增壓呢？

我們知道，燃油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)點(diǎn)燃需要氧氣，氧氣越多燃燒越充分，發(fā)動(dòng)機(jī)工作也就越好。氧氣的來(lái)源即是外界的空氣，也就是說(shuō)，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣越多越好。

渦輪增壓技術(shù)的主要作用就是壓縮空氣，提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，讓車子更有勁。同時(shí)，使燃油燃燒更加充分，提高燃油經(jīng)濟(jì)性和降低尾氣排放。

一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其最大功率與未裝增壓器的時(shí)候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)增壓之后能夠產(chǎn)生更大的功率。拿我們最常見(jiàn)的1.8T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)增壓之后，動(dòng)力可以達(dá)到2.4L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的水平，但是耗油量確實(shí)比1.8L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)稍高。

下面，我們來(lái)了解一下之前提到的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)3種常見(jiàn)進(jìn)氣形式：自然吸氣、渦輪增壓、機(jī)械增壓。

自然吸氣（NA）

自然吸氣（Normally Aspirated，簡(jiǎn)稱NA）是指在不通過(guò)任何增壓器的情況下，大氣壓將空氣壓入燃燒室的一種形式。

自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)：

    1、在動(dòng)力輸出上的平順性與響應(yīng)的直接性上要遠(yuǎn)優(yōu)于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

2、后期的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較之渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)更低。

劣勢(shì)：

1、與增壓發(fā)動(dòng)機(jī)相比，動(dòng)力性有明顯差距。

渦輪增壓（Turbocharger）

渦輪增壓（Turbocharger）是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排放出的廢氣沖擊渦輪來(lái)壓縮進(jìn)氣，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)：

1、擁有良好的加速持續(xù)性，用通俗的話說(shuō)就是后勁十足。最大扭矩輸出的轉(zhuǎn)速范圍寬廣，扭矩曲線平直。

2、提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低尾氣排放。

3、利用廢氣的能量，不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。

劣勢(shì)：

1、平順性有待提升，低速時(shí)渦輪不能及時(shí)介入，有一定的滯后性。渦輪遲滯，動(dòng)力輸出不線性，這是渦輪增壓最大的缺點(diǎn)。

2、使得整個(gè)系統(tǒng)溫度提高，需要額外解決高熱影響。為解決高熱影響，需要使用耐高溫抗氧化的冷卻和潤(rùn)滑介質(zhì)，加裝冷卻器等。

3、后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高。

機(jī)械增壓（Supercharger）

機(jī)械增壓（Supercharger）不同于渦輪增壓，并不依靠排出的廢氣能量來(lái)壓縮空氣，而是通過(guò)一個(gè)機(jī)械式的空氣壓縮機(jī)與曲軸相連，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的動(dòng)力帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)來(lái)壓縮空氣。

機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)：

1、機(jī)械增壓器始終在“增壓”，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，其扭矩輸出就十分出色。

2、由于空氣壓縮量完全是按照發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速線性上升的，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程與自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)極為相似，加速十分線性，沒(méi)有渦輪遲滯現(xiàn)象。

劣勢(shì)：

1、高轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)械增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的損耗巨大。

2、機(jī)械增壓依靠皮帶帶動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力還是發(fā)動(dòng)機(jī)，因此不利于油耗表現(xiàn)。

就上述3種發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣方式而言，自然吸氣被日益成熟的渦輪增壓技術(shù)所取代，渦輪增壓憑借其出色的動(dòng)力性能和節(jié)能減排表現(xiàn)最為人所接受，而機(jī)械增壓在低排量車型上油耗高，在高排量車型上高轉(zhuǎn)速無(wú)力，使用的并不多。

目前市面上大部分車型都是渦輪增壓。對(duì)于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，渦輪遲滯現(xiàn)象始終是其難以逃避的問(wèn)題，特別是對(duì)于一些性能車來(lái)說(shuō)，強(qiáng)勁的動(dòng)力不忍放棄，但非線性的動(dòng)力輸出是個(gè)頭疼的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，各大汽車廠商都絞盡腦汁開(kāi)發(fā)新技術(shù)。

雙渦輪增壓（Twin turbo motor）

雙渦輪增壓（Twin turbo motor）是渦輪增壓的一種改良，它針對(duì)廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現(xiàn)象，串聯(lián)一大一小兩只渦輪或并聯(lián)兩只同樣的渦輪，在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，較少的排氣即可驅(qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力，減小渦輪遲滯效應(yīng)。

雙渦輪增壓采用2個(gè)相互獨(dú)立的渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在2個(gè)渦輪增壓器的共同作用時(shí)，進(jìn)氣效率大幅提升，增壓效果更加顯著，動(dòng)力性得到很大提升。

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，只有一個(gè)低速渦輪工作，這時(shí)較少的排氣即可驅(qū)動(dòng)這只渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升以后，高速渦輪工作繼續(xù)進(jìn)入高增壓值的狀態(tài)，提供一個(gè)連貫的強(qiáng)勁動(dòng)力。

這樣雙渦輪增壓技術(shù)在提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的同時(shí)，可以改善渦輪增壓的“遲滯現(xiàn)象”。但是，雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)并不能完全消除“渦輪遲滯”現(xiàn)象，畢竟，渦輪增壓器葉輪的慣性作用依然存在。

電動(dòng)渦輪

電動(dòng)渦輪由電機(jī)控制電動(dòng)渦輪增壓器，不靠廢氣帶動(dòng)，電機(jī)能在極短時(shí)間內(nèi)將小尺寸渦輪帶到一個(gè)相當(dāng)高的轉(zhuǎn)速，這同樣可以增加壓力從而增加進(jìn)氣量，使發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)也能有很好的性能表現(xiàn)。

電動(dòng)渦輪增壓并不是取代傳統(tǒng)渦輪增壓器，而是兩者相輔相成，被獨(dú)立分為兩部分。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)由電動(dòng)渦輪增壓器來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣提供增壓效果；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器來(lái)為發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣提供增壓效果。兩者就像是接力賽隊(duì)員一樣，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度，電動(dòng)渦輪將接力棒交給傳統(tǒng)的廢氣渦輪。

從目前來(lái)看，雖然電動(dòng)渦輪能緩解甚至完全解決低速疲軟這一問(wèn)題，但與傳統(tǒng)渦輪的銜接成了新問(wèn)題，加上對(duì)電動(dòng)渦輪在成本和可靠性上的擔(dān)憂，它的普及可能還需要時(shí)間。

保時(shí)捷VTG可變幾何渦輪技術(shù)

其渦輪葉片的幾何形狀是可變的。通過(guò)不同工況下（通常是轉(zhuǎn)速）改變排氣側(cè)渦輪葉片的幾何形狀，從而減少渦輪增壓器的延遲現(xiàn)象。

VTG技術(shù)在渦輪的外側(cè)加了一環(huán)可通過(guò)電子系統(tǒng)控制角度的葉片，把發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣導(dǎo)向到排氣側(cè)的渦輪葉片上。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低的時(shí)候，廢氣壓力較低，導(dǎo)流葉片打開(kāi)角度較小，根據(jù)流體力學(xué)原理，在導(dǎo)向葉片出口處的氣流速度會(huì)增加，到達(dá)渦輪排氣側(cè)葉片上的氣體壓強(qiáng)會(huì)增大，從而能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速下渦輪的轉(zhuǎn)速，減輕“渦輪延遲”現(xiàn)象。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的提高，導(dǎo)向葉片的角度逐漸變大。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最大負(fù)荷的時(shí)候，導(dǎo)向葉片完全打開(kāi)，與排氣側(cè)主體渦輪形成一個(gè)更大的葉片，達(dá)到大渦輪的輸出效果。

VTG技術(shù)通過(guò)導(dǎo)向葉片改變廢氣作用在排氣側(cè)渦輪葉片上的壓力，控制渦輪的轉(zhuǎn)速，從而控制渦輪的增壓壓力。由于渦輪轉(zhuǎn)速得到控制，增壓壓力也得到了控制，采用VTG技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)不再需要傳統(tǒng)廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的放氣閥（Blow off valve）。

搭載VTG技術(shù)的911 GT2，能輸出353kw的功率。在1950rpm到5000rpm如此寬的轉(zhuǎn)速范圍都可輸出高達(dá)620N·m的巨大扭矩。由此可見(jiàn)VTG顯著的成效。

大眾雙增壓TSI

為解決傳統(tǒng)廢氣渦輪增壓技術(shù)固有的缺點(diǎn)，大眾把廢氣渦輪增壓以及機(jī)械增壓技術(shù)相結(jié)合，輔以燃油分層噴注技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了TSI發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化、小排量高輸出以及低轉(zhuǎn)速高響應(yīng)性。

具體來(lái)說(shuō)，TSI的渦輪是根據(jù)以下邏輯進(jìn)行動(dòng)作的：

1.在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由于廢氣渦輪的遲滯效應(yīng)，大部分的增壓壓力都由機(jī)械增壓器產(chǎn)生。發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)響應(yīng)性更好，廢氣渦輪增壓器的啟動(dòng)更加平順。

2.當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到1500rpm時(shí)，兩個(gè)增壓器同時(shí)產(chǎn)生作用，總增壓值達(dá)到2.5bar。隨著轉(zhuǎn)速提高，廢氣渦輪增壓器使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得更大的動(dòng)力，而機(jī)械增壓器由于摩擦的增大，增壓效果逐漸降低。

3.當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)3500rpm時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)控制電磁離合器分離，使得機(jī)械增壓器退出工作，減少摩擦損耗。此時(shí)，廢氣渦輪增壓器完全提供發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓壓力。

寶馬單渦輪雙渦管技術(shù)

BMW單渦輪雙渦管發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管由兩個(gè)分離導(dǎo)管組成并進(jìn)入渦輪增壓器的排氣渦輪部分。廢氣依照點(diǎn)火順序從汽缸排出，各來(lái)自半數(shù)汽缸的兩股氣流進(jìn)入渦輪增壓器推動(dòng)渦輪扇葉。渦輪扇葉同時(shí)交互接觸到來(lái)自歧管的兩個(gè)不同導(dǎo)管的氣流，而且分離的排氣導(dǎo)管所排出的氣體彼此并不會(huì)以負(fù)面方式交互影響，讓氣流能平穩(wěn)地推動(dòng)渦輪增壓器，進(jìn)而使得渦輪在極低的轉(zhuǎn)速內(nèi)就能產(chǎn)生極佳的增壓效果。運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，寶馬使得汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在效率上無(wú)比接近柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

以上是比較有名的渦輪增壓技術(shù)，當(dāng)然，還有其他公司在渦輪技術(shù)上都有自己的一些獨(dú)到研究，是在普通渦輪增壓的基礎(chǔ)上略有改進(jìn)。

隨著渦輪技術(shù)的日益成熟，越來(lái)越多的車型使用渦輪增壓，自然吸氣那種純粹激情的迷人聲浪漸漸離我們遠(yuǎn)去。而電動(dòng)汽車的出現(xiàn)并在將來(lái)的普及，說(shuō)不定會(huì)把內(nèi)燃機(jī)汽車都淘汰了，歷史總是大步向前，但是對(duì)于我們車迷來(lái)說(shuō)，機(jī)械式的才是最具有魅力的。