[技术]：驱动世界的动力 发动机增压技术（中）

源自：网上车市 隋立平 废气涡轮增压器的发展 事实上，发动机增压技术首先来自于德国人的创意，1880年德国人开始着手研究发动机增压技术，并在一战期间应用于飞机上，当时采用的是机械式增压器，这项技术的发明使得当时的航空发动机能够尽可能的轻量化。1909年瑞典人Alfred Buchi博士提出采用废气涡轮增压，但在当时这一概念并不被多数人所接受。1911年苏而寿（Sulzer）兄弟公司在瑞典的Winterthur成立，Alfred Buchi成为该公司的总工程师。 直至1917年，这种废气涡轮增压器开始获得实用。此后又逐渐出现了上面提到的复合式增压器、惯性增压器以及气波式增压器和冲压式增压器。 1925年，两艘德国船只上首次成功应用了 2000 马力的涡轮增压柴油机，这也促使Buchi博士的废气涡轮增压器很快在欧洲、美国和日本获得了生产权。从20世纪30年代开始，轴流式涡轮增压器被大量运用到船只、有轨机动车及固定式机器。二战期间美军也将这种废气涡轮增压器应用于作战飞机。 虽然发动机增压技术的应用能够在不改变发动机工作容积的情况下提高发动机功率及扭矩，并降低油耗及排放，但由于当时的技术条件所限，增压技术应用于汽车领域一直未获得更大的进展。 真正使得废气涡轮增压技术发展并逐渐成熟的是美国人。20世纪40年代后期，航空燃气轮机的出现引起了材料技术与设计方面的重大革新。这对涡轮增压的发展产生了意义深远的影响，其中包括耐热材料的发展、开发高温材料的精密铸件技术等，这引发了径流涡轮机的研究，以及径流涡轮增压在小型车用柴油机上的应用。而滑动轴承的发明，也成为废气涡轮增压技术进一步发展的基础，借助滑动轴承，目前的废气涡轮增压器转速普遍能够达到150000-170000rpm，这样高的转速是传统的滚珠轴承所无法达到的。 接下来的20世纪50年代，康明斯、沃尔沃和斯堪尼亚等主要的发动机制造商开始研究在卡车上运用废气涡轮增压器技术，这些增压器由Elliot和Eberspacher提供。最初，因增压器自身体积过大，这些早期的设计并未成功。后来，德国工程师Kurt Beirer设计出了一台结构紧凑的废气涡轮增压器。该专利被Indianapolis的Schwitzer认购。 1952年，使用康明斯废气涡轮增压发动机的赛车在Indianapolis赛道的比赛中夺得冠军。1954年康明斯生产出了一系列型号的发动机，VT12、6缸NT，NRT‘s和JT‘s 。同年，沃尔沃生产了首台使用废气涡轮增压技术的柴油卡车TD96AS，额定功率为185马力，与自然吸气式D96AS相比提高了35 马力，同时还有着不错的燃油经济性。 增压中冷技术与可变几何结构技术 虽然通过增加进气压力可以提高发动机充气效率的方式来提升发动机的动力性能，但随着进气压力的增加，压气机出口的气温也会随之增加，在一定程度上影响了空气密度的提高，而进气温度的提高，还会使得发动机排气歧管端的废气温度进一步提升。要解决这一问题，就要通过降低空气温度的方式来提升空气密度，从而提高发动机充气效率，于是发动机增压中冷技术出现了。 大量的试验表明，依靠中冷器，在增压压力保持不变的条件下，增压空气温度每下降10摄氏度，它的密度就增大3%，当空气燃油消耗率都保持不变时，发动机的功率一般能够提高3%，同时大幅度降低废气中氮氧化合物的含量。而发动机工作效率也会随着增压空气温度的下降而上升，进气温度下降10摄氏度，发动机工作效率会相应提高约0.5%左右。因此，在同样的空燃比下，进气温度每下降10摄氏度，发动机功率实际上可提高约3.5%。这项技术不仅可提高发动机的功率，而且还可降低发动机在相同额定功率下的热负荷和排气温度以及最大爆发压力。在热负荷保持不变的情况下，发动机由于增压空气温度下降而提高的功率，较空燃比保持不变时的更高。 一般发动机的中冷器采用水冷或风冷的方式工作，但由于发动机冷却水的温度普遍在90摄氏度以上，因此水冷的方式并不能达到最佳效果，虽然可以依靠独立的冷却系统工作，但独立的散热器安装方式和重量控制的问题却又无法回避。而依靠风冷方式，可以有效地把发动机进气温度降低至60度左右，增压发动机的机械效率得以显著提升。 另一个困扰废气涡轮增压发动机应用的原因被称作涡轮迟滞。涡轮增压器必须在转子达到一定转数后才能达到最佳工作状态，但在转数提升的过程中，涡轮增压器的转子反应会相应的滞后于驾驶者的操作动作，而在进入工作状态时，废气涡轮增压发动机会突然出现过于暴躁的动力表现，往往使人难以适从。考虑到车辆对于发动机低转扭矩和运转平顺性的问题，可变几何结构技术被工程师应用于废气涡轮增压器上。通常情况下，流体的流量与流速成反比。在压力大小保持不变的情况下，通过控制流体的通过截面大小，可以很好的控制气流的速度，可变几何结构技术正是基于这样的原理，通过控制废气涡轮外围的一组导流叶片的角度来控制废气涡轮增压器转子的转数。这样，废弃涡轮增压器就可以在发动机转速较低时进入工作状态，从而使搭载废气涡轮增压器的发动机在各个转数区域都有良好的扭矩、功率输出。

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