废气涡轮增压器的工作原理及效果分析

汽车发动机的增压技术可分为机械增压和废气涡轮增压两种，其中废气涡轮增压技术因更高的能效比而应用得最为广泛。

废气涡轮增压是利用发动机排气能量驱动废气涡轮增压器实现增压，从而提高发动机功率和燃油经济性。废气涡轮增压器（简称涡轮增压器）由涡轮机和压气机两主要部件，以及轴和轴承、润滑系统、冷却系统、密封件、隔热装置等组成。内燃机气缸排出的高温、高速燃气，经排气管供入涡轮增压器的涡轮机，推动涡轮旋转，涡轮再带动与其同轴的压气机叶轮旋转。压气机将吸入的空气压缩，提高了压力的空气流经内燃机进气管，供入气缸，从而达到增压的目的。

当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大，可以燃烧更多的燃料，相应地增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及转矩要增大20%～30%。

一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器时相比可以增加40%，甚至更高。这样也就意味着同样一台发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。就拿最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平，但是耗油量却比1.8L发动机并不高多少，在另外一个层面上来说就是可提高燃油经济性和降低尾气排放。

大部分汽车选用单涡轮式增压器，一些运动型汽车会选用双涡轮式或四涡轮式。利用废气涡轮增压，会使进气温度升高，降低进气的密度，甚至引起爆燃。因此，一些增压发动机在增压器和节气门的中间加有空气冷却器，称为中冷器。柴油车一般没有配置中冷器，而汽油车一般均配置。

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图3⁃1 大众1.4TSI双增压系统工作原理

涡轮增压和机械增压各有优、缺点，又相互补充，大众基于此开发出了TSI双增压发动机。也就是说，TSI发动机拥有两套增压系统，一套靠涡轮压缩进气，另一套靠机械压气机压缩进气。如图3⁃1所示，机械增压器和涡轮增压器在进气道中是被串联在一起的。空气从空气滤清器进入到进气管以后，首先要经过机械增压器，然后通过进气管的引导再经过涡轮增压器，最后进入到进气歧管中去。虽然机械增压器和涡轮增压器是相互串联在一起的，但两者并不同时工作。

当发动机处于怠速工况时，机械增压器的电磁离合器是分离的，此时发动机与机械增压器之间动力是断开的（这就意味着增压器没有消耗发动机功率），而且机械增压器附近的进气旁通阀打开，空气并没有流经机械增压器，而是从旁通阀直接吸入；涡轮增压器的进气旁通阀也是打开的，这就相当于进气绕过了涡轮，直接被吸入气缸。也就是说，在怠速工况时，涡轮增压器和机械增压器都不工作，这相当于一台自然吸气发动机。

当发动机在部分负荷工况下低转速运转时，电子控制单元（ECU）会接通机械增压器的电磁离合器，并且关闭机械增压旁通阀，让机械增压器开始工作，此时的增压值为120kPa。机械增压器有增强低速转矩的特点，而且在低转速时对发动机功率的消耗并不大。所以，既能够获得良好的加速响应，又能够增大发动机转矩输出。 当发动机超过1500r/min时，涡轮增压器开始工作，此时的增压值提高到250kPa。当发动机转速超过3500r/min时，机械增压器停止增压，此时完全依靠涡轮增压，增压值从250kPa降到130kPa。因为转速上升，机械增压器会消耗大量发动机能量，而中、高转速是涡轮增压的强项，这样不仅避免了涡轮迟滞，让涡轮有足够的加速时间，还在很大程度上增加了低速转矩，降低高转速时机械增压器产生的噪声。双增压系统彻底解决了两种增压方式的缺陷，达到了一种完美增压的效果。

双增压系统在大功率柴油机上应用比较多，汽油机上应用的还比较少。其发动机输出功率大、燃油消耗率低且噪声小，但结构太复杂，技术含量高，维修保养不易，因此很难普及。