百年涡轮增压技术回顾

腾逸风 收藏 1 165



涡轮增压器100岁了,还在汽车界扮演着重要的角色,提供着双重需求:既迎合政府严格的排放标准,又能满足客户的驾驶乐趣。


说到涡轮增压器,在我的印象里,也就是近10年才被人们常常提到,哪知道它已经100岁了。在1905年,Sulzer Brothers Research and Development 公司的Alfred Buchi博士申请了第一款涡轮增压器的专利——动力驱动的轴向增压器,1911年在瑞士的Winterthur增压器厂开工,在1915年制造出了原型航空器发动机增压器,利用发动机废气驱动,主要目的是用来克服高海拔稀薄空气对动力的负面影响。在1919年,通用电气(GE)制造的增压器将飞行器升到了一万米高空。当时的人们还没有完全认识到增压器的潜力,直到1938年第一款带增压的卡车发动机面市。


汽车增压技术走向成熟


Buchi是涡轮增压器之父,Garrett将它广泛推广。到了1961年,小轿车才开始试探性地安装增压器,首先出现在Oldsmobile F85上, 并在1962年上市。使用了增压技术的Oldsmobile Jetfire3.5升V8发动机达到了215马力,而非增压的最好成绩只有185马力。对于轿车,20世纪70年代是涡轮增压器的一个转折点。带增压的Porsche911于1975年面市。1977年Saab 99 将涡轮增压器技术传播得更广泛,使2升发动机的动力性能与3升发动机相同。接着是奔驰300D Turbo,它的动力性能给人留下了很深的印象。1978年别克Regal和Le Sabre运动款安装了涡轮增压器。在20世纪最后20年中,带涡轮增压器的车型一款款的出现了。涡轮增压器在赛车中也起着重要的作用,包括WRC、勒芒24小时。


涡轮增压器会产生更大的扭矩以满足驾驶乐趣。为了满足发动机不同转速下的需求,1989年出现了可变增压的涡轮增压器(VNT)。在发动机低速时,涡轮增压器减小喉口,提高增压;在发动机全速运转时,涡轮增压器喉口增大,保证增压不会超出需求。喉口可用真空管控制。优点是提高了发动机低速时的加速性能。今天的涡轮增压器已经变得部件更少、体积更小、转速更高(高达280000rpm),空气压缩比已经达到2-2.5∶1(汽油机)和4-6∶1(柴油机)。


涡轮增压器工作原理简单,但制造工艺要求高


涡轮增压器就是一个气泵,由发动机排出的废气来驱动涡轮增压器一侧的叶轮,当它越转越快时,另一侧的叶轮也在同步加快,增大了进入燃烧室的进气量。就像你所理解的,压缩后的空气会变得很热,所以在进入燃烧室前要进行冷却,就是我们常说的中冷。中冷也帮助降低了燃烧室的温度。


涡轮增压器的原理很简单,但实际上它是很复杂和精密的。不仅需要内部配件的严密配合,涡轮增压器还要和发动机严密匹配,否则就会降低发动机的效率甚至造成损坏。


涡轮增压器带来的好处


今天,随着排放标准的越来越严格,汽车制造商不仅要满足环保要求,同时又要满足客户的需求,保证足够的驾驶乐趣。涡轮增压器正好能满足降低排放并提高燃油经济性,同时又不会以失去驾驶乐趣为代价。涡轮增压器能够提供更好的燃油经济性,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。对于汽油机,CO2的排放与相同功率的自然吸气发动机相比要少10-20%。其他好处有:在高海拔地区也能满足空气供给;在冷启动时使三元催化更快进入工作等。


今天在欧洲,涡轮增压器已经占到了50%,在亚洲、美国也都在增长。现代涡轮增压器也改变了人们对柴油机的看法,涡轮增压器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21世纪的汽车还同样起着重要的作用。




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