摩托车涡轮增压器原理
什么是涡轮增压器？
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。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，使之增压进入汽缸。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汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率。
一般的内燃机多采用“自然进气”方式工作，这种方式是利用活塞下行时汽缸内部产生的真空度，借助于外界的大气压力，将混合气压入汽缸。然而，受到各种因素的影响使得汽缸的进气量很难达到100%，依实测数据，一般汽油机的容积率约在60%－70%之间。即使设计精良的发动机也只能达到80%左右。由于容积率每提高1%，发动机的输出功率约能提高3%，于是人们发明了增压器。
增压器最初是在柴油机上使用，分活塞式和离心式，*发动机输出的动力来驱动。因为柴油机是喷油点火方式，被压缩的是纯空气，不像汽油机那样是在混合气被压缩过程中经火花塞的高压电火花点燃，所以为了提高功率，柴油机的压缩比已经很高，加上增加器后功率可提高30%~100%。但它要消耗发动机的部分输出功率，这对于汽车、摩托车使用的轻型汽油机来说就有些得不偿失，于是设计师们想到了利用废气来驱动增压器的方法，这就是排气涡轮增压器。
涡轮增压器由装在同一根增压器轴上的涡轮机叶轮和压气机叶轮组成，增压器轴支承在增压器壳体内的轴承上，涡轮机叶轮和压气机叶轮上都有很多叶片，从汽缸排出的废气直接进入涡轮机，并推动叶轮和增压器轴旋转，因为压气机叶轮固定在增压器轴的另一端，所以压气机叶轮随轴也一起旋转。
压气机的叶轮安装在进气管道内，当压气机叶轮旋转时，空气被吸入进气管道，经压气机压缩之后送入进气管。大多数增压发动机是气道燃油喷射式发动机，喷入进气道内的燃油与压缩空气混合形成密度较大的空气燃油混合气。由于进入汽缸的混合气量增多，因此发动机功率增加。
涡轮增压叶轮以超过100 000r/min的高速度旋转，因此叶轮的平衡及轴承润滑是非常重要的。在增压器开始对进气管内的空气加压之前，增压器轴必须达到一定的转速，有些涡轮增压器在发动机转速为1 250r/min时开始压缩空气，而在2 250r/min时达到最大增压压力。
一、增压压力的控制
如果涡轮增压器的增压压力不加限制，那么过高的进气管压力及过高的燃烧压力可能使发动机零件损坏，为此很多涡轮增压器都装有放气膜盒。从膜盒到涡轮机壳体上的放气阀用连动杆连接，膜片弹簧压住放气阀使其关闭，进气管内的增压压力作用到放气膜片上。当进气管内的增压压力达到最大安全极限时，增压压力推压放气膜片并打开放气阀，使部分废气不经过涡轮机叶轮，从而限制了涡轮增压器轴的转速及增压压力。在某些发动机上，作用在放气膜片上的增压压力由电脑操纵，通过PCM使电磁线圈通电或断电来控制增压压力。有些电脑按预编程序在突然加速时，允许短时间产生较高的增压压力，以改进发动机的加速性。
二、涡轮增压器的冷却
废气流过涡轮机叶轮使增压器的温度升高，尤其是发动机大负荷下工作时，很多涡轮增压器有冷却水管从增压器壳体通到冷却系统，冷却剂在涡轮增压器壳体内循环以冷却轴和轴承。发动机润滑系统的机油从主油道供入增压器轴承及轴，以润滑和冷却轴承，后经增压器壳体返回曲轴箱。在增压器轴上设有油封，用来防止机油窜入压气机或涡轮机叶轮室，如果油封损坏，机油会窜入压气机或压气机叶轮室导致排气冒蓝烟及机油消耗量增加。
有些涡轮增压器没有连接增压器壳体的冷却水管，而是*机油及空气冷却，当发动机在大负荷或高转速工作后如果立即停机，那机油可能在机油及空气冷却的增压器轴承内燃烧，燃烧所产生的坚硬碳粒会把增压器轴承刮伤，如有冷却剂在增压器壳体内循环，就可降低轴承温度而避免发生这类问题。因此，用机油及空气冷却的涡轮增压器在大负荷或高速工作之后、停机之前，发动机至少要在怠速下运转1min，这样有助于防止增压器轴承损坏。
三、国外开发应用涡轮增压技术状况
涡轮增压器用于重载场合虽已多年，但1980年以前一直没有广泛用于汽车上，直到各种耐热材料的出现、涡轮增压器低速加速迟缓及轴承冷却困难的问题逐步解决后才开始用于汽车上。雪佛兰首先在CORVAIA汽车上使用涡轮增压器，后来又在许多赛车中陆续使用，有的使用了2~3个增压器，串联起来增至3个大气压，以达到数倍未增压发动机的功率。本田公司率先在CX500摩托车发动机上采用涡轮增压器配以电喷系统控制发动机的供油量，使其最大功率达到57.33kW（8000r/min），而同等级不用涡轮增压器发动机的功率不过35.28kW，功率提高了62.5%。随后铃木公司、雅马哈公司在大排量摩托车发动机上使用涡轮增压器，其发动机最大功率、最高车速均有较大幅度的提高。自从陶瓷材料问世以来，由于其具有坚硬、耐腐、耐热、抗热震、耐高温变、自润滑、在高温工作环境中性能稳定等优点，用它制成“陶瓷发动机”、“陶瓷增压器”，无需冷却系统、润滑系统，体积可缩小40%，质量可减小20%，寿命可延长100%，日产汽车公司、东京发动机公司等单位相继研制了陶瓷材料，并将其投放汽车市场，收到了良好的效果。
四、我国开发应用涡轮增压器技术状况及前景
当前，金属涡轮增压器已广泛应用在汽车和国外摩托车上，而陶瓷涡轮增压器及陶瓷发动机代表了当前该技术的重要发展方向。我国一汽、二汽、广西重柴、扬州柴油机等大汽车和柴油机制造公司都已成功开发出了涡轮增压器，而陶瓷材料的研究在我国起步较晚，但陶瓷材料国产汽车发动机已经问世。为了加速在国产摩托车发动机上应用涡轮增压技术的步伐，应首先在大排量摩托车上推广应用金属涡轮增压技术，同时在全国范围内积极开展陶瓷发动机和陶瓷涡轮增压器的开发应用研究，以促进涡轮增压技术尽快应用于国产摩托车上。