什么是涡轮增压发动机及其优缺点

关键词：涡轮增压技术原理

　　什么是涡轮增压技术，应用这一技术的发动机有哪些好处？为更直观地说明这个问题，我们将同为奥迪A6匹配1.8T、1.8、2.4三种发动机做一个比较。这三种发动机同是奥迪公司精心设计的具有世界先进水平的发动机，1.8T和1.8为直列4缸发动机，而2.4为V型6缸发动机，结构不同。但我们仅想通过发动机功率、扭矩曲线等表象，反映出涡轮增压发动机的优缺点。

　　采用涡轮增压主要是为了提高发动机进气量

　　许多人都知道，汽车发动机的工作，多是靠燃料在发动机气缸内燃烧作功，从而对外输出功率。在发动机排量一定的情况下，若想提高发动机的输出功率，最有效的方法就是多提供燃料燃烧。然而，向气缸内多提供燃料容易做到，但要提供足够量的空气以支持燃料完全燃烧，靠传统的发动机进气系统是很难完成的。

　　就拿汽油机来说，每向气缸内提供1公斤的汽油，约需要气缸吸入15公斤的空气，才能保证汽油充分燃烧。这15公斤的空气，其体积将是非常大的，光靠气缸在发动机进气过程产生的真空度，不容易将这么大体积的空气完全吸入。因此，提高发动机吸入气体的能力，也就是提高发动机的充气效率就显得尤为重要。

　　增压技术就是一种提高发动机的进气能力的方法。

　　从原理上讲，增压并无神秘之处。它就是采用专门的压气机将气体在进入气缸前预先进行压缩，提高进入气缸的气体密度，减小气体的体积，这样，在单位体积里，气体的质量就大大增加了，进气量即可满足燃料的燃烧需要，从而达到提高发动机功率的目的。

　　增压过程中采用的压气机又叫做增压器。

　　废气涡轮增压是进气增压的一种方式。

　　发动机的增压方法根据驱动增压器所用能量来源的不同，基本上可以分为三类：第一类是机械增压系统，增压器由发动机曲轴通过齿轮（或链条等）直接驱动。第二类是废气涡轮增压系统，增压器是由发动机工作时排出的废气带动的。第三类是复合增压系统，即在发动机上，既采用废气涡轮增压器，又同时应用机械驱动式增压器。此外还有惯性增压、气波增压等其他增压方式。

　　应用在汽车发动机上的主要是废气涡轮增压系统。奥迪A61.8T采用的就是这种系统，“T”即代表涡轮增压(Turbocharged）。

　　涡轮增压的优缺点

　　涡轮增压的最大优点是可提高发动机的功率和扭矩。

　　涡轮增压的优点是显而易见的，它可在不增加发动机排量的基础上，大幅度提高功率和扭矩。一台发动机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器的相比，可增加大约40%甚至更多。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量的发动机经增压后，可以产生较大排量发动机相同的功率。另外，发动机在采用了增压技术后，还能提高燃油经济性和降低尾气排放。

　　汽油机采用涡轮增压技术有一定难度。

　　凡事有利就有弊，涡轮增压也不例外。发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高，从而使发动机的机械性能、润滑性能都会受到影响。

　　为了保证增压发动机在较高的机械负荷和热负荷条件下，能可靠耐久地工作，必须在发动机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面作必要的改变，而不是简单地在发动机上装一个增压器就行了。由于这个改变过程在实行中难度颇大，而且还要考虑增压器与发动机的匹配问题，因此在一定程度上也限制了废气涡轮增压技术在发动机上的应用。

　　相对来说，废气涡轮增压器与柴油机配合运行时，涡轮机允许工作的范围较广，高效率范围也较宽，在配合运行中产生的问题较少，所以废气涡轮增压技术在柴油机应用的比较多。而对于汽油机在增压后，提高了缸内混合气压缩和燃烧气体的温度和压力，提高了燃烧室受热零件的热负荷，很容易产生爆震。这也就是至今为止，增压技术在汽油机上得不到广泛应用的主要原因。

　　奥迪A61.8T比1.8功率大，但比2.4起步慢

　　奥迪A61.8T的发动机在其动力输出上就充分体现了废气涡轮增压技术的优势。由其功率——扭矩曲线图可以看出，随着发动机转速的提高，其功率逐渐增大，在5700转/分钟时达到最大值110千瓦。这与未装增压器的1.8升发动机相比，最大功率提高了大约20%。观察其扭矩变化，在低转速时（1750转/分钟以下）发动机具有良好的扭矩特性。在1750转/分钟时，发动机输出最大扭矩210N.m，并在1750~5700转/分钟之间一直保持这个最大扭矩，这一点与未装增压器的发动机有所不同。与奥迪A61.8相比，安装增压器后，其最大扭矩增加了25%。

　　奥迪A62.4的发动机排量比1.8T的要大许多，而其最大功率和最大扭矩却相差不多。但是从曲线图中不难看出，在低转速时，1.8T的扭矩和功率要比2.4的小。这是因为涡轮增压在中、高转速时作用更明显。因此表现为，奥迪A61.8T的起步就要比2.4略慢，若匹配自动变速器，这点更为明显。不过，仅以发动机来论，1.8T满足车辆一般性需要，已是绰绰有余了。

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