关于发动机的增压技术，你是不是知道“T”？（上）

什么是增压？

      首先增压是发动机的一种进气方式。发动机进气形式的不同，发动机的特点也不同，常见进气方式有以下三种：

第一：自然吸气

      在不通过任何增压器的情况下，利用大气压的作用将空气压入燃烧室，从而为车辆提供动力支持。自然吸气发动机的结构比较简单。 

自然吸气优点

      这些优点都是增压车型发展到今天依然没有超越的。如今涡轮增压车型已经很普及了，就算是曾经一直坚持用自然吸气的本田也开始全系普及涡轮增压发动机，因为市场需求的存在，目前大多数汽车品牌还是保留了自然吸气车型。

自然吸气缺点

      对于中低档车或是家用车而言，使用自然吸气发动机运转的更加平稳，怠速区域平顺，不仅乘坐感较为舒适，而且保养也相对便宜，耐用性较高。

      此外，像北上广深等地区交通拥堵严重的情况下，经常会出现走走停停的行车工况。这种开车环境下是自然吸气车型比较合适的。

      但是买车如果只是喜欢速度与激情，追求动力，或者需要经常跑高速那肯定是一台带“T”的车型才适合你。因为高速是最能看出涡轮优势的地方，涡轮增压需要达到较高的速度才能有涡轮的介入，上了高速以后，同排量的自然吸气车型到了一定速度再加速会显得较为吃力，但涡轮增压车型到了一定速度时，涡轮这时候完全介入了，本领自然就发挥出来了。

第二：涡轮增压

      涡轮增压发动机是指利用废弃冲击涡轮来压缩进气的增压发动机，简称Turbo或T。一般轿车尾部如果有Turbo或T，就表明该车采用涡轮增压发动机了。

      它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。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，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。

 在发动机的整个燃烧过程中，发动机的能量流动如下：

      以功率200千瓦的发动机举例，如果按照1/3的比例计算，发动机在排气上的消耗的动力大约会有70千瓦。这部分功率有一大部分随着高温的废气以热能的形式消耗掉，而废气本身的动能可能只有十几千瓦。因此用废气涡轮驱动空气所带来的增压效果非常可观。

      涡轮增压器的最大优点是能在不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭力，一般而言，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%—30%。涡轮增压器的缺点是滞后，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，使发动机延迟增加或减少输出功率，即常常提到的“涡轮迟滞”，这点对于要突然加速或超车的汽车而言尤为明显。

涡轮增压优点

涡轮增压缺点

      虽然发动机全负荷状态下时排气能量非常可观，但当发动机转速较低时，排气能量却小的可怜，此时涡轮增压器就会由于驱动力不足而无法达到工作转速，这样造成的结果就是，在低转速时，涡轮增压器并不能发挥作用，这时候涡轮增压发动机的动力表现甚至会小于一台同排量的自然吸气发动机。

涡轮从无法驱动到正常启动的这段时间差是常说的“涡轮迟滞（turbo lag）”。

      一般而言，发动机废气越多废气压力也就越大，涡轮转动的就越快，发动机的增压作用也就越强烈，发动机的工作就越猛烈；当发动机的工作越猛烈产生的废气量就越多，废气压力也越大这就形成了一个“死循环”，如果这样持续下去就会导致发动机转速越来越高（飞车现象），最终无法控制而造成发动机的损坏。这就是发动机的“过增压”。

      那在技术层面是如何解决高转速区的死循环“过增压”与低转速区的“涡轮迟滞”呢？那就是旁通阀式废气涡轮增压与可变截面废气涡轮增压了。

旁通阀式废气涡轮增压

      通过加装废气旁通阀。

      在高速区，废弃的一部分不会进入涡轮并直接通过旁通路进入排气管。此系统在低转速区不起作用。以此得到发动机的最大功率和最佳压力。

      旁通阀式废气涡轮增压仅仅在技术上解决了“过增压”的问题，在低转速区时，系统不起作用，则“涡轮迟滞”的现象依然存在。

可变截面涡轮增压

      对于传统的涡轮增压发动机来说，解决涡轮迟滞现象的一个方法就是使用小尺寸的轻质涡轮。小涡轮会拥有较小的转动惯量，因此，在发动机较低转速下涡轮就能达到最佳的工作转速，从而有效改善涡轮迟滞的现象。

      不过当发动机高转速时，小涡轮由于排气截面较小，会使排气阻力增加（产生排气回压），因此发动机最大功率和最大扭矩会受到一定的影响。

      而对于产生回压较小的大涡轮来说，虽然高转速下可以拥有出色增压效果，发动机也会拥有更强的动力表现，但是低速下涡轮更难以被驱动，因此涡轮迟滞也会更明显。

      这又陷入了另一个矛盾区域，为解决这个矛盾，让涡轮增压发动机在高低转速下都能保证良好的增压效果，VGT(Variable Geometry Turbocharger）或者叫VNT可变截面涡轮增压技术便应运而生。

      在说可变截面涡轮增压之前需要了解一个可变截面涡轮增压重要的指标那就是A/R值，是涡轮特性的数值。

A：（面积）叶片涡轮接收废气的侧入口最窄处的横截面积

R：（半径）A（横截面积）的中心点与涡轮本体中心点的距离

      对传统增压器而言A/R是一个固定值。那对可变界面涡轮增压来说变的是叶片角度，A/R是一个可调节的值。

      对涡轮增压器而言同品牌、同型号涡轮A/R值越高，空气流量越高、容量越大，涡轮在高转表现会更好；但迟滞现象也会增大。

      VGT技术所实现的截面可变就是指改变A值,不过这种改变并不是叶片形状的改变，而是在原有涡轮增压器的排气端外围加了一圈通过电子系统控制角度的叶片，发动机的的尾气通过这些导向叶片作用在涡轮叶片上，推动叶片旋转。

      发动机低转速时，导流叶片成小角度打开，根据伯努利原理，废气的流速会增快，推动涡轮快速的转动；当叶片角度较小时，排气入口的横切面积便会相应减小，因此A值会随之变化，从而拥有小涡轮响应快的特点；所以废气气流流速是改善涡轮迟滞的关键。

      当叶片在发动机较高转速时，废气压力逐渐变大，导流叶片全开，与主体的涡轮叶片形成一个更大型的叶片，A值随之变大，这时A/R值变大，将最大的废气量接收，达到一般大涡轮的高输出效果；同时也能有效控制涡轮转速，如果这时导流片角度不打开，涡轮叶片的转速就会过高，涡轮轮轴承就有可能会损坏。总而言之，通过改变叶片的角度，VGT系统可随时改变排气涡轮的A/R值，把单独一个涡轮变出一个小涡轮加一个大涡轮的效果。

      在柴油发动机领域，VGT可变截面涡轮增压技术早已得到了很广泛的应用。由于汽油发动机的排气温度要远远高于柴油发动机，达到1000°C左右（柴油发动机为400°C左右），而VGT所使用的硬件材质很难承受如此高温的环境，因此这项技术也迟迟未能在汽油机上应用。

      但是，有钱人的快乐是你想象不到的。保时捷为了解决材料问题，与博格华纳联手，直接采用了航空科技的耐高温材料。从而成功开发出了首款搭载可变截面涡轮增压器的汽油发动机，保时捷则将这项技术称为VTG（Variable Turbine Geometry）可变涡轮叶片技术。