涡轮增压器是汽车发动机的重要部件。它让发动机更有力量。发动机工作需要空气和燃料。空气越多燃料燃烧越越好。发动机的力量就越大。涡轮增压器就是给发动机送入更多空气的机器。

涡轮增压器利用发动机排出的废气工作。废气从发动机排气管出来。废气有很高的速度也有很大的能量。这些废气直接排掉很浪费。涡轮增压器抓住了这些废气。废气推动一个涡轮转动。涡轮装在一根轴上。轴的另一头有一个压缩机。废气涡轮转动压缩机也跟着转动。压缩机吸入外面的新鲜空气。压缩机把空气压紧。空气压紧后密度变大。同样大小的空间可以装进更多空气。这些高压空气被送进发动机气缸。发动机一下子得到了很多空气。司机踩下油门时燃料喷出更多。空气和燃料混合燃烧产生更大力量。汽车加速更快爬坡更有劲。

涡轮增压器让小型发动机产生大发动机的力量。小发动机重量轻耗油少。大发动机耗油多重量大。装上涡轮增压器的小发动机可以兼顾两方面。它既有小发动机的省油特点又有接近大发动机的力量。这对汽车设计很有意义。汽车可以更省油更环保。汽车的动力还能满足日常需要。许多汽车制造商都在使用涡轮增压技术。

涡轮增压器的主要零件有几个部分。外壳包裹所有内部零件。废气涡轮壳引导废气冲击涡轮。压缩机壳引导新鲜空气并稳定压缩空气。转子是核心运动部件。转子包括涡轮叶轮和压缩机叶轮。它们固定在同一根轴上。轴承系统支撑转子高速旋转。现代涡轮增压器使用浮动轴承。机油在轴承内部流动。机油起到润滑和冷却的作用。中间体连接涡轮壳和压缩机壳。中间体内部有轴承座和油道。密封系统防止机油泄漏和气体窜流。

涡轮增压器工作时转速非常高。发动机转速可能只有几千转。涡轮增压器转速可以达到每分钟十几万转甚至几十万转。这样高的转速对零件要求很严格。转子必须非常平衡。轻微的重量不均就会引发剧烈振动。轴承必须在高速下稳定工作。机油供应必须充足可靠。涡轮增压器靠近发动机排气部分。废气温度非常高。涡轮部分长期处于高温环境。材料必须能耐受高温。高温还会带来热膨胀问题。各个零件膨胀程度不一样。设计时必须考虑热膨胀的影响。

涡轮增压器不是一直工作的。发动机低速时废气量少能量低。废气推不动涡轮或者转动很慢。这时涡轮增压器效果不明显。发动机高速运转时废气多能量大。涡轮转速迅速升高。压缩机大量供给压缩空气。发动机力量突然增大。这个变化过程可能让司机感觉不适应。动力来得太突然汽车会窜动。工程师们想了各种办法解决。有的系统增加废气旁通阀。废气太多时阀门打开放掉一部分。涡轮转速得到控制。压缩机供给的空气量也稳定下来。有的系统使用可变截面涡轮。涡轮叶片角度可以调整。不同废气量下都能高效工作。这些技术让动力输出更平顺。

涡轮增压器需要发动机机油润滑。机油通过油管进入中间体。机油润滑轴承后流回发动机油底壳。涡轮增压器工作温度高对机油有要求。机油必须耐高温不能很快变质。机油必须保持清洁。杂质会磨损轴承导致损坏。发动机启动后需要稍等片刻。机油循环需要时间到达涡轮增压器。高速运转后不能立即熄火。涡轮转子惯性很大还会继续旋转。机油停止供应轴承可能烧坏。应该让发动机怠速运转一会儿。涡轮转速下降后再关闭发动机。

涡轮增压器也有自己的问题。涡轮迟滞现象比较常见。司机踩下油门需要等待片刻。废气积累增加涡轮加速需要时间。动力输出比自然吸气发动机慢半拍。工程师不断改进试图减少迟滞。使用更小的轻量化转子。转子转动惯性小加速更快。使用双涡管涡轮壳分隔废气脉冲。废气能量利用更充分低速响应更好。涡轮增压器增加了发动机复杂性。零件更多故障可能性也增加。涡轮增压发动机对保养要求更高。必须按时更换优质机油和空气滤清器。

涡轮增压技术还在不断发展。材料科学进步带来更好耐热材料。陶瓷涡轮转子可以耐受更高温度。重量更轻加速更快。轴承技术也在改进。空气轴承技术开始探索。磁悬浮轴承可能成为未来方向。这些技术可以减少摩擦提高效率。涡轮增压器与电动机结合成为新趋势。电动机帮助涡轮加速消除迟滞。废气能量和电能共同驱动压缩机。动力响应更加直接迅速。

涡轮增压器已经非常普及。柴油发动机大量采用涡轮增压技术。汽油发动机也越来越广泛使用。小排量涡轮增压发动机成为市场主流。汽车尾气排放标准越来越严格。涡轮增压帮助发动机提高效率降低排放。未来汽车动力系统可能继续演变。涡轮增压器可能继续扮演重要角色。它让发动机在更小体积下输出更大力量。它帮助节省燃料减少环境污染。理解涡轮增压器的工作原理很有用。司机可以更好地使用和保养车辆。工程师可以设计出更好的产品。涡轮增压器是内燃机发展中的重要发明。它将废气能量回收利用变废为宝。这个简单巧妙的想法改变了发动机行业。