Turbo 涡轮介绍



一、使用涡轮增压引擎应注意的事项：


装有涡轮增压器之引擎，必须避免急剧的加速，长时间高速行驶后勿急减速或熄火。引擎发动后未达工作温度前(80。c以上)，禁止急加速，引擎熄火前勿加速引擎，否则会使涡轮增压器产生故障。

1、涡轮增压器在1000Km以内避免高速回转：新车在1000Km以内避免高速回转，涡轮增压器也是一样在1000km以内避免高速回转，且1000Km时必须更换机油，让金属粉末随机油排出。
2、空气滤清器的清洁、检查要提早：涡轮增压引擎与普通引擎比较，吸入空气量约为2倍，因此空气演清器的污损较快，空气滤芯的清扫或更换之期间必须缩短。
3、曲轴箱通风管(flow by hose)的检查：涡轮增压引擎的进气岐管由原来的负压变成正压，放在下通风管设有单向的PCV阀，防止进气岐管的正压力将曲轴箱加压，造成曲轴箱压力上升。

没有增压器引擎与增压器引擎比较，曲轴箱的吹漏汽(flow by gas)量较多，由上通风管吸出，造成上通风管及压缩机的污损，如图24所示。又通风管阻塞时，通风效果不良，曲轴箱内压力上升，使增压器的回油不良，而增压器内机油压力上升，机油从轴封泄漏，废气漏入增压器内等问题。故必须时常检查清洁PCV阀，上、下通风管等。装置涡轮增压的引擎，整个排气系经过重新改良，(触媒反应器也经过改造)，如果消音器变更时，排气压力随着变化，造成涡轮的超高速运转，进气压力过高，汽缸床烧坏或活塞破损等事件。
=========================================================================

二、定压式涡轮增压系统：


典型的定压式涡轮增压系统，引擎各缸之排气管共同连接于一较大的排气歧管，然后导入涡轮。往复式活塞引擎其排气在各缸交替动作下，本质上将为一不稳定的气流，虽然涡轮可通过设计而接受此不稳定的气流，但是在稳定的气流情况时，其效率将会提高。


定压式涡轮增压系统。
=========================================================================

三、脉冲式涡轮增压系统：


脉冲式涡轮增压系统 (Pulse Turbo Charging System），当废气经由排气门吹出时，具有相当高的压力与温度，若使用压式涡轮增压系统时，此高速气流进入一抑制脉冲的大容积管室，造成很大的摩擦损失，使气流的速度无法全部转换为压力输入涡轮因此使气体动能的利用率降低。

目前大部分的四行程引擎均使用脉冲式涡轮增压系统，脉冲式系统的主要目标为使存在于汽缸内的高压、高温能量，在排气门或气口打开的刹那，可以获得较高的利用。显示脉冲式涡轮增压的原理（由一单缸引擎导出）。

使用一窄短排气管路以维持废气离开汽缸后的动能，并且不会抑制突然的膨胀，此动能系以压力波的造型传达至涡轮（音速）。亦显示典型的汽缸及排气管之压力时间线图，显示排气管的压力并非定值。

改善从汽缸到涡轮之间的能量传输，可使涡轮能利用的能量增加。然而，除非涡轮能充入转移此能量，否则效能仍然不高。由于进入涡轮的废气压力极不稳定，并且大部分的时间为0，因此当压力波到达涡轮的入口，涡轮将倾向于加速状态；而当压力波衰弱，由于压缩机吸收了涡轮的输出马力，因此涡轮将倾向于减速状态。而设计一可在此状况下操作并且维持相当效率的涡轮是很困难的，因此使排气的能量运用不良。放在脉冲式系统中虽然涡轮可使用的能量增加，但是与压缩机间功的转换效率卸降低。

为使此效率提高，则必须设法使涡轮进气位置的气流不稳情况降低。使用排气窄管连接各缸至一共同的涡轮，利用其他汽缸所产生的排气脉冲以弥补如图14中PP，线图的空档，则可减少压力的波动。例如，三缸四行程引擎的点火间隔为240°，假设排气门打开的时期为25°三个汽缸的排气歧管连结在一起时，则排气脉冲将依次产生，而仅在排气末期的10°间会受吹一缸的排气开始所影响。

另外，如果将六缸引擎约六个汽缸的排气歧管连接至共同的排气管时，则排气过程将产生重叠作用，使废气输出的高压力波干扰到前面汽缸产生的低废气压力波。因此必须将各缸的排气歧管适当地分成数组，然后再导入数个涡轮或一多进气口的涡轮之中，如此即可获得较高的涡轮效率(仍较定压式涡轮增压为低)，并且增加涡轮的使用能量。





=========================================================================

四、涡轮增压器的构造：


a.压缩机叶轮。b.锁止螺帽。c. 压缩机壳。d. 止油圆筒。e. 活塞环轴封。f. 充填物。g. 扣环。h. O型环。i. 止推轴承。j. 止推环。k. 挡油板。l. 轴承。m. 夹子。n. 固定螺丝。o. 轴承壳总成。p. 涡轮机螺丝座。q. 涡轮机叶轮及轴总成。r. 涡轮机叶轮及轴总成。s. 活塞环型轴封。t. 锁止垫片。

1、涡轮
涡轮机之叶片为镍基超耐热合金制成，只有一个喷咀，由引擎排气门排出之废气经由此喷咀冲击叶片，使涡轮机转动。废气经过涡轮后温度约下降300°F(148℃ )，再由出口排出。涡轮增压器(图下一粒像蜗牛的东西)：



2、离心压缩机
离心压缩机由离心叶轮(Impeller)，扩散器(diffuser)及压缩机壳（housing)所构成。压缩机中的叶轮以非常高的速度回转(最高可达200,000RPM)，因此通过叶轮中的空气由于离心力的作用，流速增快，流经扩散器(扩散器的作用与喷咀相反，可使流速变慢速度减缓，虽然流速变慢但压力还很高)排放空气的温度上升很高(一般约150°F左右)。

3、浮游式轴承及轴承壳
以前涡轮增压器使用的轴承大部分为滚柱轴承，且润滑系统是由独立的油泵浦供给，故其冷却方式为水冷式。现在的涡轮增压器都采用浮游式轴承。此种轴承是松松的嵌合在轴承壳内，能自由回转，轴方向的移动是由扣环卡住。现在轴承的转速约为轴转数的一半，例如轴转数是100，000RPM，轴承约为50,000RPM。轴承的厚度只有1/8寸(3.175mm)，为了供给轴承内面的润滑，故钻有油孔，润滑油的供给，有的只靠引擎的机油，有的还装有专门的泵浦，一般油压约2.1～3.5kg/cm2。

4、轴封(Seal)
在涡轮及压缩机后方的压力均比轴承壳内的压力高，故为了防止气体泄漏必须装有轴封。在涡轮这边温度较高，且涡轮壳内的压力均为正压力，故轴封除了注意耐热外，还要防止漏气，通常装置活塞环(Piston Ring)型的轴封如图8所示。此轴封装在轴承壳上，不能回转。压缩机侧的轴封与涡轮侧的轴封稍微不同，压缩机壳内有时会变成负压力(真空)，例如，在怠速非常低马力运转的柴油引擎，几乎没有增压，通过空气滤清器后压力降低，使压缩机壳内发生真空，将轴承壳内的机油吸出或在下流式压缩机的汽油引擎，当引擎在高速回转，节气门突然关闭，造成很大的真空，使轴承壳的机油大量吸出，但在上流式中即无此现象，故轴封的构造稍有不同。「滞后效应」是指在重踩油门时，到实际增压的时间差与突如其来的动力输出！因为由平常的引擎运转，在突然大踩油门到实际turbo作动时,是须要经过短短时间差的，也许是0.5秒……，但是，直接带给驾驶人的感受是不太舒服的；这是涡轮增压汽油引擎由于汽油引擎本身所具有的特性，而使其产生的滞后效应较涡轮增压柴油引擎严重。

4-1、汽油引擎重量较轻，运转亦较平滑：
由于运转较平滑，因此汽油引擎可以使用较轻的飞轮，结果使汽油引擎通常较柴油引擎的响应性为高，并且亦使涡轮增压器增加空气供应到引擎的推迟，对引擎有更显着的影响。

4-2、汽油引擎于更广泛的质量流范围下操作：
即由节流的怠速至末节流的全速，因此当节汽门突然打开时，空气流量的需求变化非常快速。并且驾驶者将明显地感觉到滞后现象的产生。涡轮增压的滞后效应可通过理想的设计而予降低，其中最重要的因素为涡轮增压器的惯性、点火正时、增压控制系统、进排气管的长度与直径及节气门的位置。例如，有废气旁路气阀控制的引擎，则可使用较小(低惯性)的涡轮增压器，并产生较快速的响应，使「滞后效应」减小。

小客车引擎在大部分的时间内均于不稳定的状态下操作，仅有在定速巡行时方才稳定，因此配合涡轮增压器以应付瞬时的状况是很重要的。此意谓通常必须选用较稳定速度时的最佳配合尺寸为小的涡轮。

由于涡轮的滞后效应，当节气门突然打开时，涡轮增压汽油引擎的特性将有如一自然吸气的引擎。为一2.8L涡轮增压汽油引擎在稳定速度时的扭力与从低速，低速荷下加速时的瞬时扭力之比较。在此测试中，引擎系模拟车辆经由变速箱操作行驶的状态，而以一惯性负荷驱动。在一档时，其扭力提高时间有如自然吸气引擎，至少需时1秒(由1000rpm加速至4500rpm);四档时，最初的滞后现象并不严重，但是瞬时扭力的提高仍然较稳定速度时的扭力为小。

在维持稳定的引擎转速状态下加速，不同的引擎转速将影响增压的响应性能。显示在2050 rpm(H)及1740rpm(I)的稳定转速下，节汽门全开使车辆加速时，涡轮增压器的增压响应。在1740rpm(I)时达到最高增压压力的响应时间较2050rpm(H)时减少20%，汽车的加速亦较快。另外，图17亦显示，较低的涡轮增压器惯性，将有较佳的响应性(涡轮增压器H的惯性比G低25%)。

显示脉冲与定压式涡轮增压系统，在稳定状态时的扭力曲线与响应性。配合适当的脉冲式系统，某低速扭力与响应性均较佳。在一档加速时，由于引擎的响应性很快，因此脉冲式与定压式系统并没有明显的差异，但在四档加速时，脉冲式系统的响应时间则较定压式系统减少了约14%。

装置涡轮增压的引擎，整个排气系经过重新改良，(触媒反应器也经过改造)，如果消音器变更时，排气压力随着变化，造成涡轮的超高速运转，进气压力过高，汽缸床烧坏或活塞破损等事件。
=========================================================================

五、涡轮增压的进气冷却：


（一）为何需要进气冷却

涡轮增压由于是超高转速地运转轴承，所以，随之而来的高温排除或增压过度的泄压就很重要很重要了！目前常用的就是机油导入来润滑与冷却轴承,也有用水冷式的，而过高的增压对引擎的压缩行程与动力(爆炸)行程发生时会造成伤害，所以，有机械式地用空气压力作为开关或电子式地用电脑直接控制泄放压力的动作。我们都知道空气被压缩时，温度将升高，而较高温的气体其密度较低，含氧量减少，燃烧的效率降低！所以，冷却空气温度就必须着手改善，大部份的Turbo引擎(turbo charge或supercharge)都有配备中间冷却器(inter cooler)；或称为后冷却器(Aftercooler)以降低进气之温度，而使进入汽缸的空气密度得以增加。冷却器它有直接散热或水冷式的设计，使经过intercooler后的空气密度较大，含氧量增加，可改善燃烧效率。

（二）中间冷却器(INTERCOOLER)

由于涡轮增压的这一个动作会把吸进引擎的气体进行强制压缩的动作，而将气体压缩的同时空气密度提高相对的温度也会上升，温度上升的同时会造成空气中的含氧量下降，同质量的空气体积变大，密度变小；为了降低进气温度以及提高含氧量及空气密度因此中间冷却器便成为必备心装备。由此可知过热的气体并不是一个引擎所需要的，因此在涡轮增压器之前，空气滤蕊之后，会比自然进气车种多出一个中间冷却器，藉由中间冷却器将吸入的气体温度降低；而中门冷却器的构造则长的像一般的水箱冷排，只不过原本中间是冷却水道，而中间冷却器的中间走的是空气罢了。由引擎所吸入的气体在进入涡轮增压器之前先由中闲冷却器降低温度，而中间冷却器是由弯曲的管路由中间贯穿，外侧再以细小的鳍片包覆，尚热空气由内侧管路通过时，外侧冷却用的冷空气由鲜片间通遇将热量带出降低进气温度，藉以提高引擎效率。

（三）进气冷却系统的造型：

1、空气对空气冷却系统(Air-to-air Cooling System)：
汽车引擎使用的空气对空气冷却系统系使用由涡轮增压系统驱动冷即空气供应风扇所提供的空气来使进气冷卸，如图21所示。约有5～10%。流经压缩机的气流，被利用来驱动一个脉冲式涡轮，而使其中之风扇传送冷却空气至进气冷却器。此系统的优点为冷却气流可依引擎的需要而倾向增加，但是配合则较复杂。

※空气对空气冷却系统(图下)



2、空气对水冷却系统(Air-to-water Cooling System)：
图22系直接使用引擎的冷却系统，因此装置较为简易，但是冷却效能会受高引擎水温(典型值为90。C)所限制(仅在引擎低速、低负荷时有较佳的效果)。图23所示的间接式空气对水冷却系统(单独使用一散热器)，则因水温可调整至低于引擎的水温，因此有较佳的冷却效果。

※空气对水中间冷却系统（使用引擎的冷却系统）



=========================================================================

六、机械增压介绍：


机械增压本体



机械增压引擎



顾名思义就是利用机械来使增压系统作用，通常在引擎的前面，装着一个鼓风机，由曲轴皮带盘传动，是机械方式传动。机械增压引擎是鼓风机将空气加压，再送入汽缸，但是鼓风机的带动是会消耗引擎动力的，所以机械增压多用于大型车辆。它的好处在于进气升压时保有正常吸气式引擎，而于加速或重负荷时进气增压，以增加引擎的容积效率，可是利用曲轴转动的稳定性，使得机械增压保有被采用的价值，没有所谓的涡轮迟滞问题，更无须担心过高的温度而对引擎材质造成伤害，这都是传统机械增压的优势。虽然效率比不上涡轮增压，可是提升性能的目的却是一样。
=========================================================================

七、结论：






其实不论是涡轮增压(turbo charge)或是机械增压(Supercharge)，其目的都是在增加进气效益，大幅地增加了单位体积的空气质量(也就是进气效率)并且佐以喷油量的增加，结果当然就是引擎燃烧室里爆炸所发挥的能量更强，也就是引擎输出效能的提高。涡轮增压和机械增压其最大的差异在于，涡轮增压的作动原理是利用引擎废气排放的压力，推动一个涡轮转子(有的时是两个)，通过转子旋转达到增压的目的，将这个压力施于进气歧管里面压迫进气，促使进气效益提高，而且实际上，空气分子在通过头段之际，流速几乎超过音速！所以靠着这样的动能绝对足以推动涡轮转子；而机械增压则由引擎拨出一部份的动力来带动涡轮转子(利用曲轴皮带来带动)，以达成增压的目的。那么这两者各有什么优劣之处呢？大体上说来，涡轮增压的优点存于增进动力幅度较大(这是大多数人舍机械增压而就涡轮增压的主因)。而缺点则在于存废气流量尚未足以推动涡轮转子高速转动增压之前，引擎输出甚且比一般同排气量的自然进气引擎还差，一定得到了一定的转速域，废气排放的动能足以推动涡轮转子转动增压，才会开始有「发功」的推力产生，另外由于涡轮转子的动力来自于高温的废气，所以涡轮增压系统运作时会带来相当高的温度。而机械增压的优点，由于机械增压的转子是由引擎带动皮带，皮带再转动转子，从引擎一开始发动，在怠速的状态下，机械增压即已开始运作，而随着引擎转速的攀升，转子也以近乎线性的比例进行增压，所以并没有类似涡轮增压那样有涡轮迟滞的问题，缺点则是和多数涡轮增压相较，机械增压提高的动力幅度比较没有那么大。改善的方法是多了一个电磁偶合开关(离合器)，在一定转速以下那皮带是不会去推动到转子叶片的，就以这开关来解决传统的「恒时」增压方式。

涡轮增压发动机的缺点

　　诚然，涡轮增压的确能够提升发动机的动力，不过它的缺点也有不少，其中最明显的就是动力输出反应滞后。我们看看前面有关涡轮增压的工作原理就知道了，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，也就是说从你大脚踩油门加大马力，到叶轮转动将更多空气压进发动机获得更大动力之间存在一个时间差，而且这个时间还不短。一般经过改良的涡轮增压也要至少2秒左右来增加或者减少发动机动力输出。如果你要突然加速的话，瞬间会有提不上速度的感觉。

　　随着技术的进步，虽然各个使用涡轮增压的厂家都在对涡轮增压技术进行改进，但是由于设计原理问题，因此安装了涡轮增压器的汽车驾驶起来的感觉是和大排量的汽车有一定诧异的。譬如说我们买了1.8T的涡轮增压汽车，在实际的行驶之中，加速肯定不如2.4L的，但是只要度过了那段等待期，1.8T的动力同样会窜上来，因此如果你追求驾驶的感觉的话，涡轮增压引擎并不适合你，如果你是跑高速之类的，涡轮增压才显得特别有用。

　　如果你的爱车经常在城市内行驶，那么就真的有必要考虑一下是否需要涡轮增压了，因为涡轮并不是随时都在启动的，事实上在日常行车中，涡轮增压的启动机会很少，甚至不使用，这就给涡轮增压发动机的日常表现带来影响。就拿斯巴鲁（富士）翼豹的涡轮增压来说，它的启动是在3500转左右，最明显的动力输出点则是在4000转左右，这时候会有二次加速的感觉，并一直持续到6000转甚至更高。一般市内驾驶我们的换档实际都只是在2000－3000之间，5挡能够上到3500转估计速度都破120了，也就是说除非你故意停留在低档位，否则不超过120公里的时速涡轮增压根本无法启动。没有涡轮增压的启动，你的1.8T其实也就只不过是一部1.8动力的车而已，2.4的动力只能是你的心理作用了。

　　此外涡轮增压还有维护保养方面的问题，就拿宝来的1.8T来说，6万公里左右就要更换涡轮了，虽然次数不算多，毕竟给自己的车无形之中又增加了一笔维护保养费，这个对经济环境还不是特别好的车主来说特别值得注意。