涡轮增压有助于环保？是这样的么

yzqzs

涡轮增压有助于环境保护吗？前几天看到了涡轮增压的原理，那么充分燃烧的汽油有助于减少废气中的污染物从而达到环保的目的么？

jokerchu

我只知道成本很高的，就酱。

liukaida

要不是欧洲排放标准越来越严，鬼大爷才去造涡轮

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涡轮增压器：从环保“反派”变身环保“王牌”

以往曾是跑车装备代名词的涡轮增压器如今变成了环保车的王牌。该装置可以增强小型发动机的动力。乘着强化环保标准的东风，涡轮增压器在全球的市场快速扩大。位于全球第三集团的IHI公司和三菱重工业公司正准备通过新技术来追赶位领先的美国企业。

“涡轮增压器”是通过送入压缩空气来增大发动机功率的增压装置。在日本，估计会有很多人联想到1980年代流行的、燃效很差却以大功率为荣的跑车。但之后日本经济泡沫破灭，同时人们的环保意识也日益提高。于是，涡轮增压器的人气日渐低落。

但现在，涡轮增压器市场却转向了快速增长。世界四强之一的IHI的车辆增压器板块企划部部长武井伸郎称：“2011年的涡轮增压器全球需求为2200万台，2015年将会达到3500万台。”

涡轮增压器的复苏从2000年前后开始。当时，欧洲企业为了应对日益严格的环保规定，开始推进发动机的“小型化”。

有效利用排气能量

小型化是指减小发动机的排量。欧洲厂商当时迫切需要应对严格的环保规定，于是，发动机小型化成为减排有害物质的有力方法。但是，如果只单纯地减小排量，发动机的输出功率也会降低，由此可能丧失乘坐舒适性。为此，欧洲厂商想到了使用涡轮增压器，在保持燃效性能的同时，弥补输出功率的不足。

涡轮增压器过去曾给人留下“环保反派”的印象，现在却变成了恰好相反的“环保王牌”。以环保为目的的涡轮增压器最初在欧洲被柴油发动机所接受。柴油发动机与汽油发动机相比，具有低速时输出功率较低的特点，涡轮增压器可以弥补这一点，这也对普及涡轮增压器起到了推动作用。

之后，日美等以汽油发动机为主流的市场也开始执行严格的燃效规定。2006年，德国大众公司推出了为低排量汽油发动机安装增压器的汽车。数量多于柴油发动机的汽油发动机的小型化步伐由此开始加快，涡轮增压器市场呈现爆炸性扩大。

涡轮增压器的基本构造十分简单。主要部件是将废气流转变为旋转运动的涡轮机，以及为发动机提供压缩空气的压缩机。这两个旋转体通过轴连接在一起。

首先，利用发动机汽缸排放的废气，驱动涡轮机旋转。通过轴来带动压缩机旋转并吸入空气，然后对其压缩，再强力送入汽缸。如果空气量多，燃烧就会变得剧烈，并相应地输出强大的功率。因为能够有效地利用排气能量，所以效率比较高。

改善爆震及响应延迟现象

但如果将为柴油发动机开发的涡轮增压器直接安装在汽油发动机上，就无法发挥作用。原因是必须解决汽油发动机特有的“爆震” （异常燃烧）现象。

提高发动机效率的王道是“提高压缩比”。汽缸内的混合气体压缩程度越高，就越能使燃料一次性燃烧，并在瞬间产生巨大的功率。不过，如果压缩比过高，容易发生爆震。本来应该由火花塞选择恰当的时机使混合气体燃烧，但混合气体却在没有预料到的时候自然点火。这也会导致发动机出现故障。

为解决爆震问题，业界开发出了“直喷”方式。传统型汽油发动机在汽缸前将汽油混入空气并送入汽缸。而直喷方式直接向汽缸喷射燃料。燃料在汽缸内气化时，因为会抢夺周围的热量，所以不容易发生爆震。柴油发动机之所以与涡轮增压器比较相配，是因为很早以前就开始采用直喷方式，爆震也比较少。欧洲厂商在发动机小型化方面处于领先地位的原因也在于此。

解决了最大问题“爆震”之后，涡轮增压器开始在低燃耗技术中占据重要位置，但这种装置也存在弱点。那就是踩下油门之后到发挥增压效果之前存在响应延迟，也就是“涡轮迟滞” （Turbo Lag）。

即便排气量增加，具有一定重量的涡轮机的转速也不能马上提高。请想象一下风车，估计就容易理解了。刚开始即便向风车用力吹气，也不会使其马上开始全速旋转。要解决涡轮迟滞问题，光是涡轮机、压缩机及轴等的轻量化就存在限制。

由此诞生的是，在向涡轮机吹入排放气体时缩小间隙的构造。就像为了让水在挤压软管时强力流出而缩小喷口直径的做法那样，在排气量较少时缩小喷出孔来加快流速，从而使涡轮机高速旋转。通过进行多种改进，使原来长达两秒钟左右的涡轮迟滞缩短到了一秒钟左右。

还有一种不存在响应延迟的增压方式。那就是使用“机械增压器”。利用经由皮带等从发动机的输出轴取出的动力来压缩空气。因为与发动机直接相连，所以可在踩下油门的同时发挥增压效果。

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机械增压器不会发生响应延迟的特点获得好评，并被“超小型化”汽车所采用。最具有代表性的就是日产汽车公司全面改进、将排量从1.5升减小至1.2升的“NOTE”。该车配备了装有机械增压器的“HR12DDR”新型直喷发动机，每升燃效最高可达到25.2km（JC08模式），比上一代车型提高了四成。

对实现如此高的燃效作出贡献的是名为“米勒循环”的机制。可为防止吸气量过多而进行调节，从而成功减少了名为泵气损失的内部阻力。

另一方面，因限制了吸气量，输出功率也会降低，这是米勒循环的缺点。在日产开发HR12DDR的岸一昭强调说：“低转速区的实际排量与900cc发动机同等。”

如果吸气时送入压缩空气，会产生功率，但估计采用这一实际排量时，涡轮增压器的涡轮机无法充分转动。因此，日产采用了美国伊顿（Eaton）公司的机械增压器。机械增压器内部设有螺旋状转子，转子旋转时，会向汽缸推出空气。日产称，装载较重的行李或者爬坡时，可启动机械增压器立即增压，从而输出与1.5升发动机相当的功率。

因机械增压器从发动机取出动力，所以工作时燃效效率会降低。因此，日产还准备了不使用时可断开机械增压器和发动机动力的机构。

涡轮增压器和机械增压器虽同为增压器，但擅长领域不同。因此，大众公司还推出了同时配备机械增压器和涡轮增压器的汽车。尽管这样部件重量会增大，但可在低速区使用机械增压器，在高速区使用涡轮增压器，同时发挥二者的优势。

三菱重工及IHI等打算通过在新一代涡轮增压器上安装电动压缩机，来消除涡轮迟滞现象。不仅可产生与大众配备两种增压器的汽车相同的效果，而且能够减轻部件重量。

日本企业紧追美国厂商

涡轮增压器的全球市场一直由排名前四的企业垄断。第一位是美国霍尼韦尔公司，第二位是美国博格华纳公司。日本的IHI和三菱重工均认为自己排名第三，两公司进行着激烈的竞争。近年来，德国博世公司与德国玛勒（Mahle公司）的联合出资企业及德国大陆公司两家部件厂商也涉足了该市场，但尚无法发挥很大的影响力，日美四家公司的核心地位仍然不可动摇。

IHI部长武井称：“需要在1000度高热环境下每分钟转速最大达到20万。而且要求具备行驶20万km也不会损坏的耐久性。”较高的流体分析技术、具备较高耐久性和耐热性的材料与构造设计、降低噪声的技术、用来验证与发动机的匹配情况的模拟技术，随便拿出其中一项技术，也不可能在朝夕之间掌握，目前的涡轮增压器正是这些技术的结晶。正因为四家公司在船舶涡轮机、飞机的喷气发动机用涡轮增压器等方面积累了技术经验，才能够参与技术竞争。

而且，因为涡轮增压器与汽车的心脏部位——发动机的开发密切相关，所以还需要与汽车厂商开展长期合作。虽为模拟机械部件，但新兴市场国家的厂商却难以效仿，其原因也正在于此。

三菱重工还改进了制造技术，并开始在相模原制作所采用切削铝材料的方式生产压缩机用叶轮。通用机车与坦克事业本部涡轮事业部事业部长梶野武表示：“可以实现以前铸造工艺无法制造的复杂叶片形状，有望提高空气压缩性能。”该公司还在研究涡轮机使用的、更硬的镍合金材料的切削生产技术。

三菱重工2011年底在美国印第安纳州设立了涡轮增压器生产基地，并宣布2014年秋季开始量产。IHI打算在2013年2月底之前从德国戴姆勒公司手中收购涡轮增压器合资公司的49％股份，使其变成自己的全资子公司。还打算向戴姆勒继续供应涡轮增压器，并扩大与其他大型汽车公司的业务。

IHI表示，“目标是2015年获得25％以上的世界份额，之后获得30％的份额”。三菱重工则表示，“目标是2016年获得30％的份额”。尽管日本企业在混合动力车等环保车技术方面处于全球领先高水平，但在涡轮增压器等增压器领域还只是挑战者。因为环保性能是日本车的竞争力核心，所以日本企业也要力争在备受关注的增压器领域达到全球一流水平。