涡轮增压机的现状及发展趋势

2023年12月23日发(作者：2022日产新mpv即将上市车型)

涡轮增压机的现状及发展趋势

刘丽娜农机0802 机电工程学院

摘要:在目前的汽车市场上有个很流行的问题你的车带 T （涡轮增压）吗？早在十年前大众公司率先将涡轮增压车型带入国内，涡轮增压的主要作用就是提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。也让人们尝到了涡轮这个小部件带来的真正威力。

关键词：涡轮增压；发动机；汽车; 增压器

1.涡轮增压发动机的概况及现状

1.1涡轮增压发动机的增压原理

最早的涡轮增压器用于跑车或方程式赛车上的，这样在那些发动机排量受到限制的赛车比赛里面，发动机就能够获得更大的功率。

涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器。涡轮室排气歧管与进气口连接，

排气口安在排气管上，涡轮增压器进气口和空气滤器管道紧密相连，排气口与进气管相接。增压器实际上是一种空气压缩燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的发动机，吸入气缸内空气量限制着输入的燃料量。因此输出的功率也相应在一定范围内，其工作原理是: 发动机排出的废气直接作为动力, 推动涡轮增压器内涡轮室内的涡轮。位于排气道内，涡轮产生动力后又推动同轴的叶轮，位于进气道内。叶轮接着就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，空气被输入气缸。这时，随着发动机工作速度的加快，推动涡轮转速与废气排出速度加快空气压缩程度就得以加大，发动机的进气量就不断地提升，空气的密度和压力的增加让更多的燃料加速燃烧。于是同等的燃料量就会燃烧得更加充分和彻底了，这样在同样燃料的情况下就实现了发动机更多的输出功率。

1.2涡轮增压器的分类

涡轮增压从工作方式上基本上可以分为以下几种系统：

废气涡轮增压系统：发动机与增压器没有任何机械关系，其压气机主要是内燃机的废气驱动涡轮来维持动力。通常情况下，增压压力能达到甚至通过增设空气冷却装置给高温压缩空气实施冷却，从而应用发动机排出的废气达到增压目的。这种增压器用于各类小汽车中

主要优点：提高的功效大于机械增压。

主要缺点因为油门的开启略快于发动机动力输出的速度，所以在油门加大后通常需要稍作等待后发动机才能爆发猛烈的动力，严格地说也不能算缺点。

机械增压系统：由发动机曲轴和皮带相连的机械增压系统装置在发动机上，发动机工作时增压器的转子旋转靠输出轴的动力来支持，空气增压直至吹到进气道中。

主要优点：发动机转速和增压器的转子是速度同步进行的，因而不存在超前或滞后。发动机动力输出流畅而稳定。

主要缺点：机械增压因摩擦比较力大，动力消耗厉害，增压效率不高是必然的。

复合增压系统：在发动机上采用废气涡轮增压器的同时应、用机械驱动式增压器。当然还有其他增压方式，如气波增压，惯性增压等。

主要优点:其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小。

主要缺点：结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易。

1.3涡轮增压发动机的性能体现

装备了涡轮增压发动机的汽车，不仅在动力和功率这些性能的数字表现上，远超于同排量的汽车产品，更在实际使用过程中能与排量上比自己上一个等级的汽车相匹敌。如：Saab萨博公司在最新款Saab萨博9-3 Vector 2.0TS上装备的2.0升强涡轮增压发动机可以在5300转时输出惊人的155kW的功率，这一指标几乎已经赶上普通轿车3.0排量的发动机。也就是说在某一程度上，这款四缸发动机的产品所产生的功率与普通六缸发动机是等效的，这样带来的优点很明显，不仅不需要为了追求高速率来花更多的费用购买大排量汽车，并且发动机工作时噪音更小，而且采用分量较轻的发动机对降低整车重量、减少油耗更是大有益处。

环保、更低的排放标准也是涡轮增压器一个很重要的优点。因为在污染日趋严重的今天，一个有高度责任感的汽车制造商不仅要满足客户对汽车的驾乘欲望，保证产品有足够的驾驶乐趣，更要以保护环境、创造良好的生存空间为己任。涡轮增压器正好能满足即提高燃油经济性，降低排放，同时又不会以失去驾驶乐趣为代价的综合性要求。因为增压会给燃烧室提供更多的空气，使燃烧更彻底，排放更干净。特别在高海拔空气稀薄地区和严寒地区涡轮发动机也能有效的工作。目前全世界只有Saab萨博是唯一一个全系列产品都采用涡轮增压技术的汽车品牌。

1.4 涡轮增压发动机的优点

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。

1.5 涡轮增压发动机的缺点

（1）采用涡轮增压的弊端：一台涡轮增压器可以增加一台柴油机的功率，但它对柴油机的寿命却有很大的影响。一台普通的柴油机在加了涡轮增压器增压机构，柴油机的相应机构的强度加强。另外，由于涡轮的转速很高，这就要求在进气机构有相应的冷却机构。否则，涡轮增压器的效率将大打折扣。

（2）增加维修保养费用发动机采用了涡轮增压技术后，其在工作时性能得到很大的提高。于高速运转，甚至达到极限速度，很容易造成磨损的加剧特别是叶轮寿命大大降低。这也并

不是什么严重的问题，因为在车子的维修保养上，车主只需要及时支付一项更换叶轮的费用。

（3）虽然涡轮增压技术可以加强燃料的燃烧率，但同时它也对机体强度有了一定要求。同时对柴油机的寿命也有一定影响。一般涡轮在怠速时就高达万转左右，高速可达万转以上。正是由于涡轮在高速运转，这就要求有相应的润滑措施和降温机构，相应涡轮增压的柴油机价格比没有安装增压机构的柴油机要高一些。

2涡轮增压技术的发展历史及现状

发展历史：说到涡轮增压技术，它已经有100多年历史了。在1905年Alfred Buchi博士就申请了第一款涡轮增压器的专利-动力驱动的轴向增压器。到了1961年，小轿车开始试探性地安装增压器，但因为瞬间产生的巨大压力和热量，使安装后效果并不理想。而来自于北欧瑞典的Saab萨博公司则是第一家把涡轮增压器应用到汽车产品上的汽车制造商，1977年问世的Saab萨博99汽车，使汽车发动机在应用涡轮增压技术上，真正开始走向成熟，它的到来同时宣告了汽车产业一个新时代的诞生。涡轮增压技术改写了“排量大小决定功率”的传统概念。就拿我们最常见的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，但是耗油量相比1.8发动机却并不高多少，同时在燃油经济性和降低尾气排放上也有不错表现。

当今先进涡轮增压机简例：2008年Wardsauto世界十佳发动机中的前三名,全部被涡轮增压发动机占据,其中第一名为大众公司的2.0TFSI发动机；第二名为宝马公司的3.0T I6发动机；第三名是戴姆勒公司的V6 3.0T 柴油发动机。此外，马自达公司的2.3T在十佳发动机中位列第六。涡轮增压发动机已经连续多年在世界前十。

目前公认的发动机发展方向是追求高升功率，涡轮增压发动机自1977年面世以来就一直在这一方面独占鳌头。随着国际厂商的大举进入，中国市场上配备涡轮增压发动机的车型越来越多，而自主品牌也逐渐开始了带“T”发动机的研发与生产。“T车”不仅在公商务领域独树一帜，如今也在向家轿市场渗透。

■ 上汽1.8T

最大功率：118千瓦

最大扭矩：215牛·米

装备车型：荣威750、荣威550、名爵MG7、华泰胜达菲·跃

在上南合并之前，荣威和名爵虽然分别拥有自己的1.8T发动机，但其技术却是同源，都是原MG Rover的研究成果，这一点从他们各自发动机的性能参数就可见一斑。随着上南整合的深入，双方的1.8T发动机也不再分彼此，临港发动机工厂和南京动力总成工厂的产品，也将在上汽“五个统一”的总发展规划下真正成为“一家人”。

上世纪90年代欧洲的发动机技术，如今在上汽的手中得以重新运用与改良，并为中国消费者提供了相对便宜的“T车”。除了供应荣威和名爵两个品牌的车型之外，上汽的1.8T发动机也向其他厂商销售，自主品牌SUV生产企业华泰汽车就是首批受益者。

■ 华晨1.8T

最大功率：125千瓦

最大扭矩：235牛·米

装备车型：尊驰、骏捷、酷宝

携手德国FEV公司共同开发出的1.8T发动机，令华晨成为最早推出“T车”的自主车企。因为技术较新，所以从性能参数上看，华晨的这颗“中国芯”要比大众和上汽的1.8T发动机都要强劲。

同一款涡轮增压发动机，配备在华晨旗下的公商务车、家用轿车和轿跑车上，可见它对于华晨产品规划的重要性。在掌握汽车重要零部件核心技术之后，如何将它大规模推向市场，是每一个自主车企都要认真思考的问题。

■ 萨博2.0T

最大功率：129千瓦/154千瓦

最大扭矩：265牛·米/300牛·米

装备车型：萨博9-3

制造飞机出身的萨博，是世界上第一个将涡轮增压发动机运用在民用汽车上的厂商，可以被称为民用“T车”的鼻祖。能够让萨博9-3如飞机一样实现“贴地飞行”的正是萨博2.0T系列发动机。目前，在中国市场上的萨博9-3搭载了两款不同的2.0T发动机，它们分别是Linear2.0T和Vector2.0TS，两者除了装备上的差异之外，最大的不同在于前者采用的是轻涡轮增压发动机，后者则是采用了动力更加强劲的强涡轮增压技术【5】。

■沃尔沃2.5T

装备车型：S40、S80、XC90

VOLVO S80 2.5T 和XC90 2.5T两款车型均搭载了2.5L涡轮增压发动机，这款发动机具有设计先进、耐力超强、运行灵活、燃油效率高和反应快速等卓越性能。它是一款功率强大的横置直列5缸涡轮增压发动机，排量为2.5升、最大功率为147kW、最大扭矩为300Nm，0－100公里/小时的加速仅需8秒，最高时速达到每小时230公里。澎湃动力为配备了此款发动机的VOLVO车型提供了超越同级车的卓越性能。S40 R-Design选择的是T5直列5缸发动机，虽然这款发动机与S40 T5相同，但R-Design版本下经过了调教，最大功率从原来的162千瓦增加到了169千瓦，在每分钟1500转的低转速时就可爆发出320牛米的最大扭矩，并可将这个峰值持续到4800转。

很多消费者都会有疑虑，认为涡轮增压发动机会不会娇贵易损，带来额外的保养费用。其实，随着技术的持续改进和成熟，涡轮增压发动机的寿命已接近普通发动机，但是综合性能却要远超自然吸气发动机。如果使用得当，并给予合适的保养，承担一辆带“T”发动机的综合性价比，只会优于传统的发动机。所以在可以预见的将来，带“T”发动机将会大放异彩，成为市场的主流选择。

3 涡轮增压机技术的发展前景

现在随着科技的进步，涡轮增压器已经变得部件更少、体积更小、转速更高，空气压缩比更优。今天，在欧洲，涡轮增压器已经占到了50%，涡轮增压发动机已经成为提高动力性能的主流方向。随着新的耐高温材料、新的平衡技术和微量润滑油轴承系统及全新电子控制的使用，涡轮增压器对于今后的汽车还同样起着重要的作用。

随着近年来我国农业发展。农业机械也向大型化和集约化方向发展，加之国际石油价格居高不下，各国环保意识的不断强化，这些都要求在动力机械的动力性、经济性及环保型等方面做好平衡。这样涡轮增压这一技术必将有很大发展范围，随着国家总体排放立法不断完善及机械制造技术水平不断提高。发动机所使用的涡轮增压技术越来越得到广泛应用。发动机废气中的剩余能量亦可通过一台好的涡轮增压器得到充分的利用，从而真正体现了时代发展的主流方向，节能和环保。总之，从长远看，我国将呈现柴油机逐步取代汽油机的趋势尤其要达到欧Ⅱ标准，涡轮增压是一项关键技术也就是说涡轮增压技术的发展空间是很巨大的。总体上看涡轮增压技术作为一项很有应用意义的技术在未来我国的现代化建设中将有广阔的应用前景。

4结论

采用涡轮增压技术的发动机的优点是显而易见的。它可在不增加发动机排量基础上，大幅度提高了功率。安装了增压器的发动机和未安装增压器的发动机相比较，其燃烧时可节能达40％左右，相对应的其输出功率也大大提高，这意味着一台小排量的发动机经增压后，不仅能降低尾气排放和提高燃油经济性，而且产生了较大排量发动机相同的功率。在动力性和经济性等方面的优势非常明显。

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