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如今“涡轮增压 ”成为很多车友的口头禅，其中DSG+TSI这对黄金组合以“业界领袖”的姿态引领着国内涡轮车的浪潮，就连如今国产自主品牌也纷纷开发自家的涡轮车型 ，大有不是涡轮车不好意思和别人打招呼的趋势。那么小编就想问问各位，涡轮增压器到底哪个是涡轮？另外一个又叫什么呢？涡轮叶片的大小和设计有什么作用呢？涡轮增压器里面有什么结构呢？如果你不明白，就赶紧看完文章吧。 问：涡轮增压器是由哪些部件组成的？ 老师：典型的涡轮增压器一般由压气机壳、压气机叶轮、连接轴（机芯）、涡轮壳、涡轮等主要部件组成，机芯部分有机油密封环（油环）、止推轴承、挡油板（背板）和浮动轴承（铜套）或者滚珠轴承组成。 问：涡轮增压器的工作原理？ 老师：涡轮增压器工作原理是利用引擎经过爆炸行程后产生的高温、高速废气的能量，废气从气缸内排出后通过特殊形状的排气蕉(Exhaust Manifold)，流入废气侧涡轮蜗壳，并推动废气侧内的涡轮叶片转动。同时，与废气侧涡轮叶片高速旋转带动同轴相连的压气机蜗壳内部的压气机叶轮，会对流经风格后的空气进行压缩，压缩气体经过中央冷却器(INTERCOOLER)冷却后，成为带有一定压力的和高密度的新鲜空气，流经节气门和进气歧管后，进入气缸内燃烧。空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机参数，便可以增加发动机的输出功率。   图：涡轮增压器本体。  图：一个超过工作寿命而报废的涡轮解体图，我们可以看到涡轮本体分为压气机壳体（左）、机芯（中）和涡轮壳体（右）。  图：这台丰田86安装了来自GReddy出品的涡轮套件，令原厂200匹马力的86在涡轮的鞭策下爆发出轮上246.42匹马力和25Kg/m扭矩输出。    图：在安装涡轮增压器的同时芭蕉、进排气、中冷器、油冷等等都需要相应提升来配合涡轮达到最佳使用效果。  图：当然涡轮处的高温也必须要谨慎处理，而此时合理的管路设计和隔热处理就显得尤为重要了。 问：浮动轴承与滚珠轴承的区别？ 老师：浮动轴承实际上是套在轴上的浮动轴承，也就是铜套。铜套与轴以及与轴承座之间都有间隙，形成双层油膜。铜套浮在轴与轴承座之间。一般内层间隙为0.05mm左右，外层间隙大约为0.1mm。轴承壁厚约3～4.5mm，用铬铜合金制造，轴承表面镀一层厚度约为0.005～0.008mm的铅锡合金或金属铟。在增压器工作时，铜套在轴与轴承座中间转动。 滚珠轴承更多可见在性能车型上，顾名思义，滚珠轴承就是在涡轮轴上安装滚珠，取代浮动轴承中的机油的位置。滚珠轴承的优势所在刚好是浮动轴承的对立面：摩擦力更小，涡轮迟滞的效应更低，对动力极限的压榨更有利；可以有效地对涡轮轴的动态进行控制；机油压力以及品质可以稍微降低，间接提高了涡轮的寿命。其缺点也显而易见，就是寿命不及浮动轴承，一般7万到8万公里就到寿命极限，而且维修费用贵，维修困难。不过，由于滚珠轴承在提升动力方面极具诱惑力，所以滚珠轴承依然是性能车型上的主流装备。 不过滚动轴承造价一般是浮动轴承的2-2.5倍，所以很多车厂出于成本原因没有采用滚珠轴承；不过在性能车辈出的90年代初，很多日本涡轮车型使用滚珠轴承，比如日产RB25DEET使用的就是由Garrett代工的陶瓷滚珠轴承；S15搭配的SR20DET也是使用Garrett GT28R滚珠轴承，GTR33 RB26DEET使用的两个GT22R滚珠轴承；而如今的GTR35便没有采用滚珠轴承，而是采用了浮动轴承涡轮。  图：此图为浮动轴承内部结构，而中心轴左右各一个铜套防止机油渗入蜗壳内部，导致机油进入进气道和排气管造成不必要的损失。  图：此图为滚珠轴承内部结构，相比浮动轴承更为简单，采用滚珠设计令涡轮响应速度更快；因为滚珠轴承有效降低滚动摩擦，不需要太多机油去润滑，对动力极限压榨有利，并且还能够改善涡轮烧机油现象。而通过旋转两种涡轮的叶轮可以明显感觉到滚珠轴承涡轮旋转更顺畅，而浮动轴承由于内部机油的阻力作用，转动起来会比较吃力。  图：这一桌子的零件都是什么呢？让我们一起来探秘吧。 图：涡轮增压器中的压气机壳。 图：涡轮增压器中的涡轮壳。 图：涡轮增压器中的机芯。（此机芯为报废的涡轮增压器中拆下） 图：从左至右为背板、压气机叶轮（图片上没有）、止推轴承、铜套（由于机芯内部损坏没能取下）、机芯外壳、铜套、连接轴和涡轮。 图：而这个则是老师为国内车队专门设计改良的涡轮机芯；由于涡轮较小，铜套没有采用分体结构而是采用一体设计，这样做能够拥有更好的强度和耐用度。 图：止推轴承主要作用就是防止涡轮、连接轴、叶轮等部件的轴向晃动，不会偏向与机芯外壳、涡壳、压壳等摩擦导致涡轮故障。而一般止推轴承损坏后会产生左右晃动，需要更换止推轴承和背板解决问题。 图：根据不同型号涡轮，止推轴承也会有区别。 图：铜套安装在中心轴上，主要作用就是隔离机油和润滑降温。而一旦靠近涡轮蜗壳和压气机蜗壳的密封环损坏，会导致机油进入排气管和进气歧管进入燃烧室。另外各位还要注意一个问题，由于铜套采用机油润滑散热，所以车辆使用的机油尽量采用更好的机油，而劣质的机油导致涡轮主转动轴不能正常润滑和散热，从而在高温下损坏油封造成漏油。因此我们建议涡轮增压发动机应该选择耐高温、抗氧化好的优质机油，并且还要注意适当缩短机油的更换周期。 图：压气机叶轮，此叶轮为铸造产品，当然为了获得更好的使用效果，很多高性能涡轮开始使用了锻造CNC压气机叶轮。 图：此叶轮锻造CNC产品，不过这叶轮已经报废。 图：涡轮壳内的涡轮，它的工作环境极为恶劣，所以小编对它说一句“兄弟，辛苦了”！ 图：接下来小编也为大家来示范下涡轮机芯的安装步骤。 图：上面的为正常的涡轮机芯，下面的是待组装的机芯。 图：首先在中心轴上安装好铜套。 图：由于涡轮较小，采用了一体式铜套，所以需要一个能够固定轴与中心轴外壳的支撑来保证涡轮机芯的稳定性。 图：之后是止推轴承。 图：最后将压气机叶轮安装到位后，在将螺丝以反扣进行固定，一个机芯就搞定了。 图：看起来并不难，其实这只是我们为大家演示的过程，而在实际安装过程中可就不是这般简单了。 问：A/R值代表着什么？ 老师：A/R 值是压气机壳体（Compressor Housing）及涡轮壳体（TurbineHousing）的几何特性数字。R（Radius）为涡轮轴承中心到压气机出风口（涡轮进风口）横截面（涡轮半径线绕360 度一圆周后）中心点的距离。A（Area）指压气机壳体的出风口（涡轮进风口）对应以上中心点所在的横截面积，以A 除以R 的所得两者的值即为A/R 值。A/R值是涡轮增压器的一项重要指标，用以表达涡轮的特性；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。 A/R值分为压气A/R值与涡轮A/R值。一般而言压气A/R值大，说明流速快但流量少，较适合低增压涡轮使用；而压气A/R 值小，说明流速慢但流量大，较适合高增压涡轮使用。相对而言压气A/R 值的大小变化对涡轮性能的影响较小，而对于排气端的涡轮A/R 值就显得非常重要了。A/R 值越小，即排废气的流速较高，涡轮在低转速区域的增压反应越快，涡轮迟滞减低，涡轮也就能在较低的转速区域取得接近峰值的增压，所以在低速提速情况下基本无涡轮迟滞的感觉；但与此同时高速所能提供的增压压力会显得不足，因为靠增压器提供的压力已经不足以弥补减小的压缩比了，所以此时会有高速无力的感觉。相对的，A/R 值越大，涡轮在低转速域的增压反应便越差，涡轮迟滞的感觉越明显；尽管引擎的低转速增压难以上升，不过在高转速区域却可以产生更大的动力，转速越高发出马力越大的倾向相当明确。总而言之，A/R 值（涡轮A/R 值）小属于低速发力型涡轮，而A/R 值大则是高速发力型涡轮。 另外涡轮压壳处需要考虑的就是与排气芭蕉的接口大小，就好比Garrett GT3076和GTX3076它们只有A/R 60的压气机壳体，单是涡轮端却可以有十几种搭配选择，并且涡轮端与发动机接口也有不同，有T25、T3、T4、T3双涡流、T4双涡流接口等等选择，不同接口所搭配的A/R值也不同，如T25口可以搭配A/R 64、A/R 68 、A/R 78，T3接口可以搭配 A/R 63 、A/R 82 、A/R 96等等。所以，一个好的涡轮不单是看材质，更需要一个合理的搭配，以及与引擎的搭配等多方面选择。 图：A与R都来自哪里。 图：在涡壳与压气机壳上都会有不同的A/R值，A/R值分为压气A/R值与涡轮A\R值。一般而言压气A/R值大，说明流速快但流量少，较适合低增压涡轮使用；而压气A/R 值小，说明流速慢但流量大，较适合高增压涡轮使用。对于排气端的涡轮A/R 值来讲，越小即排废气的流速较高，涡轮在低转速区域的增压反应越快，涡轮迟滞减低，涡轮也就能在较低的转速区域取得接近峰值的增压；A/R 值越大，涡轮在低转速域的增压反应便越差，涡轮迟滞的感觉越明显；尽管引擎的低转速增压难以上升，不过在高转速区域却可以产生更大的动力，转速越高发出马力越大的倾向相当明确。 图：该款涡轮的接口便是T25口。 图：针对涡轮增压器开发的接口垫儿，外层采用铜质，内部采用不锈钢材质；相比普通的铁片和复合板材质在强度和耐用度上可以称其为“万年牢”。 问：叶轮的设计能够影响什么？ 老师：首先叶轮材质有铸造叶轮和锻造CNC叶轮，在一般的小型涡轮中不同叶轮材质实际效果并不明显，而大型涡轮会比较明显。比如锻造CNC叶轮从设计之初就与普通铸造叶轮不同，因为是CNC切割出的叶轮，在叶轮大小设计、叶轮高度、叶片数量、叶轮角度都有所不同，而普通铸造叶轮多为平整的叶片，在涡轮与压气机压缩比较大的时候叶片边缘会有形变。而锻造叶轮便可以通过自身材质特点避免在高压比情况下叶片出现变形的情况。当然最后每个叶轮还需要做单体平衡，就像发动机中的曲轴一样，只有平衡后才能正常使用。另外涡轮增压器的大小要与发动机进行匹配，这样才能达到引擎与涡轮最理想的效果。 图：此叶轮为铸造产品，在结构和成本上优势比较明显。 图：这款叶片采用锻造CNC工艺，其最大的特点就是响应速度更快，让涡轮能够很快的进入高压区域，不过成本自然会高一些。 图：而不同的叶轮造型也会令涡轮拥有不同的性格。 图：每一个叶轮在出厂时必须进行单体平衡，并且与中心轴的连接处采用不断旋转的高速摩擦焊固定。 问：可变截面涡轮（VGT）与常见的涡轮有什么不同？ 老师：可变截面涡轮与普通涡轮最大的区别就是在涡轮叶轮外侧增加了可由真空压力或者电子系统控制开启角度很小的导流叶片，这些叶片被固定在叶轮外侧，而当废气首先要流经导流叶片后再送至涡轮叶片；这时候导流叶片会根据空气流速和流量来改变角度，从而控制涡轮的转速。这样的设计便可以让发动机在低转速、低排气压力情况下，通过较小的导流叶片角度，让空气流速更快提高涡轮的压强，也就能够更好的推动涡轮，令涡轮在低速时拥有更好的相应速度。 同时随着发动机转速的提升，导流叶片角度也随之变大，在全负荷状态下，叶片则保持全开的状态，减小了排气背压，从而达到一般大涡轮的增压效果。此外，由于改变叶片角度能够对涡轮的转速进行有效控制，这也就实现对涡轮的过载保护。 而从另一个方面来看，可变截面技术更重要的作用就是可以改变A/R值中的“A值”。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。而当叶片角度增大时，A值随之增大，这时A/R值增大，从而在高转速下获得更强的动力输出。总而言之，透过变更叶片的角度，可变截面涡轮增压器可随时改变排气涡轮的A/R值，从而兼顾大/小涡轮的优势特性。 图：这是普通涡轮。 图：这个是可变截面涡轮，通过叶轮上面的可调角度的导流叶片来调整进气流量，进而提高涡轮的相应速度。 图：沃尔沃将可变截面涡轮技术成为VNT。 |
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