渦輪增壓系統（turbochargeSystem），是應用于車用內燃機或航空發動機的進氣量增加技術。其核心原理為利用內燃機運行過程中產生的廢氣驅動空氣壓縮機，主要功能是提升發動機的功率和扭矩。其工作原理是利用廢氣慣性推動渦輪室內的渦輪，帶動同軸葉輪壓縮空氣，提高輸出功率。與機械增壓器相比，兩者都可增加進入發動機的進氣量，從而提高其效率。渦輪增壓系統主要由渦輪機殼體、壓氣機殼體、中間殼體、渦輪等組成。渦輪增壓系統可以在發動機工作效率不變的基礎上，增加其輸出的功率。按照其技術類別主要可以分為：機械增壓、氣波增壓、廢氣渦輪增壓、復合增壓等。其中，由于廢氣渦輪增壓技術的能效比突出，得到較為廣泛的運用；復合增壓可平衡高低轉速動力輸出，曾用于大眾1.4 TSI發動機。
1926年，瑞士工程師布希提出了廢氣渦輪增壓理論，利用發動機排出的廢氣能量驅動壓縮機，對發動機進行增壓。2006年，新一代的渦輪增壓系統出現，解決了渦輪散熱的問題，如大眾1.4TIS發動機，不但性能好，燃油的損耗也少。
渦輪增壓系統的出現極大地推動了內燃機的發展，渦輪增壓技術對于提高內燃機的功率和效率、降低燃油消耗、減少環境污染等方面都具有重要意義。渦輪增壓被廣泛應用于現代汽車和商用車輛中。
歷史沿革
1926年，瑞士工程師布希提出了廢氣渦輪增壓理論，利用發動機排出的廢氣能量驅動壓縮機，對發動機進行增壓。
1947年，德國埃貝施帕赫爾(Eberspacher)公司開始生產車用徑流式渦輪增壓器。
20世紀50年代以后，廢氣渦輪增壓技術開始逐步應用于汽車內燃機，大大提高了發動機性能，成為內燃機發展史上的重大突破。
1954年9月27日，由于有發展工業柴油機用渦輪增壓器的良機，艾雷賽奇工業部應運而生，專門從事渦輪增壓器的設計和制造，艾雷賽奇工業部后來被稱為蓋瑞特汽車公司。
1961年，小轎車開始試探性地安裝增壓器，但因為瞬間產生的巨大壓力和熱量，使安裝后效果并不理想。
20世紀70年代以來，石油危機使能源問題異常突出，各國對節省能源、提高效率的重視促進了渦輪增壓技術的長足發展。隨后，世界各國日益重視環境保護與可持續發展問題，使渦輪增壓器在汽車發動機領域獲得了新的發展。
1977年，北歐瑞典的SvenskaAeroplanAktiebolaget薩博集團首次將渦輪增加器應用到汽車生產中，使渦輪增壓汽車發動機技術得以發展。
1985年末，蓋瑞特汽車公司的母公司信號公司與聯合公司合并，成立了聯信公司。1986年，聯信公司購買了勞托·馬斯特公司它在售后服務市場上供應所有種類的渦輪增壓器。
2006年，新一代的TSI系列渦輪直噴發動機系統出現，解決了渦輪散熱的問題，如大眾1.4 TSI發動機（這款發動機兼顧了低速扭力輸出和高速功率輸出），不但性能好，燃油的損耗也少。
2019年，沃爾沃展出了一款全新的Drive-E2.0T發動機，裝備3個渦輪增壓器，馬力至少也有450 匹，這一指標幾乎已經趕上普通汽車的6.0排量發動機。
基本原理
渦輪增壓的英文名為Turbo，其主要作用是提高發動機的進氣量，從而達到提高發動機的功率和扭矩的目的。同等排量的發動機在使用渦輪增壓技術后，其功率和扭矩可增加20%-30%。但耗油量并未增加多少，這就提高了燃油經濟性，降低了尾氣的排放。
渦輪增壓裝置相當于一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加發動機的進氣量，一般都是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器送來的空氣，使之增壓進入氣缸，增壓的空氣提高了化學能的利用率，相應增加了發動機的輸出功率，渦輪增壓系統裝置主要由渦輪室和增壓器組成，渦輪室的進氣口與發動機排氣歧管相連，排氣口連在排氣管上，增壓器的進氣口與空氣濾清器管道相連，排氣口接在進氣歧管上，渦輪與葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內，兩者同軸剛性聯接，組成一個整體的渦輪增壓裝置。當發動機轉速升高，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步升高，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力與密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量就可以增加發動機的輸出功率。
主要結構
渦輪增壓系統主要由渦輪機殼體、壓氣機殼體、中間殼體、渦輪、泵輪、浮動軸承、排氣旁通閥和執行器等組成；其中渦輪增壓器本體作為提高容積效率的核心部件，其基本結構分為進氣端、排氣端和中間的連接部分。增壓器安裝在發動機的排氣一側，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉子的轉速非常高，可達到每分鐘十幾萬轉，如此高的轉速和溫度使得常見的機械滾針或滾珠軸承無法為轉子工作。渦輪和泵輪裝配在同一根軸上，通過兩個浮動軸承分別安裝于渦輪殼體和壓縮殼體內。渦輪增壓器普遍采用全浮動軸承，由機油進行潤滑，還有冷卻液為增壓器進行冷卻。中間體內有潤滑和冷卻軸承的油道，還有防止機油漏入壓氣機或渦輪機中的密封裝置等。由于廢氣渦輪增壓技術的能效比突出，得到較為廣泛的運用，以廢氣渦輪增壓系統為例介紹。
廢氣渦輪增壓系統主要由壓氣機葉輪、渦輪機渦輪、止推軸承、壓氣機蝸殼、渦輪機蝸殼構成，當渦輪增壓器由于渦輪葉輪和壓氣機葉輪的尺寸和重量等存在微小的差異，因此會產生不均勻的離心力和慣性力。這些力會導致葉輪在軸向方向上產生相應的運動，從而產生軸向力。此外，由于渦輪增壓器工作時葉輪旋轉的高速氣流與葉輪表面的摩擦，也會產生軸向力。軸向力分析是渦輪增壓器設計和制造過程中非常重要的一環，可以提高渦輪增壓器的工作效率和性能，降低故障率和維修成本，同時還可以減少噪音和振動，對提高車輛的舒適性有著重要意義。
壓氣機葉輪
壓氣機葉輪與渦輪葉片連接在一起，共同形成渦輪增壓器。壓氣機葉輪通常采用鈦合金等材料制造，以保證其強度和耐高溫性能。它上有許多呈類洋蔥狀的葉片，隨著渦輪發動機排出的氣體流經，層層加速旋轉，將氣體壓縮后送入發動機燃燒室，實現增壓效果。壓氣機葉輪是壓縮氣體的核心件，它通過利用發動機排出的廢氣來驅動旋轉，把空氣壓縮，進而增加發動機吸氣量，提高發動機功率。在渦輪增壓器中，壓氣機葉輪和渦輪葉片是相互配合工作的，它們共同將空氣壓縮并輸送到發動機的燃燒室中。
渦輪機渦輪
渦輪是渦輪增壓器的重要組成部分，其根據工質在葉柵中的速度、流動方向、驅動對象等 可以分為 不同種類。 按照工質在葉柵中的速度分類可以分為亞音渦輪與超音渦輪；按照流動方向可以分為軸流式渦輪和向心式渦輪；按驅動對象分類可以分為高壓渦輪、低壓渦輪、燃氣渦輪以及動力渦輪。渦輪葉輪的穩定性對于整個渦輪增壓器的可靠性有著重要意義。葉輪在工作時，由于工作環境較為惡劣，它會產生軸向方向的氣動力、熱應力等作用力。 在實際運轉中很容易出現葉輪軸向氣體竄動，在設計增壓器時如果沒有考慮到軸向力，則會使增壓器在工作時產生故障， 因此分析瞬態條件下的渦輪內部流體流動機理以及軸向力對于渦輪增壓器的設計有著十分重要的現實意義。
止推軸承
渦輪增壓器的止推軸承是一種特殊的軸承，它主要負責承受軸向載荷，如推力軸承。止推軸承通常由兩個止推墊片或更多止推墊片和若干滾動體組成，這些滾動體通常由鐵質或銅質保持架組合成整體。止推軸承的設計和制造需要滿足高精度和高穩定性的要求。例如，一些高性能的止推軸承可能會采用特殊的合金鋼制成，這些鋼材必須耐磨且能承受高負荷運轉帶來的高溫等問題。此外，作為精密部件，止推軸承的受熱變形率也需要很好地控制。
在渦輪增壓器中，止推軸承是用來平衡壓氣輪與渦輪之間的壓力差，以保證整個系統的可靠運行。由于渦輪增壓器在工作時轉速非常高，往往達到每分鐘十幾萬轉，因此，止推軸承也需要承受極高的離心力。
壓氣機蝸殼
渦輪增壓器的壓氣機蝸殼與壓氣機葉輪一起工作，將空氣壓縮并輸送到發動機的燃燒室中。壓氣機蝸殼的主要功能是收集從壓氣機葉輪中壓縮的空氣，并將其輸送到發動機的進氣系統中。它通常采用鋁合金或鈦合金等輕質材料制造，以減輕整個增壓系統的重量。在渦輪增壓器中，壓氣機蝸殼與壓氣機葉輪相連，隨著發動機的運轉而高速旋轉。當空氣進入壓氣機蝸殼時，它會沿著蝸殼的形狀進行旋轉，同時受到離心力的作用被壓縮。壓縮后的空氣通過蝸殼內的通道被輸送到發動機的進氣歧管中，以增加發動機的進氣量。
渦輪機蝸殼
渦輪機蝸殼主要用于收集并引導渦輪機轉子葉片壓縮后的氣體。渦輪機蝸殼一般由兩個半殼組成，通過螺栓連接在一起，形成一個完整的蝸殼。渦輪機蝸殼的主要功能是引導壓縮后的氣體在渦輪機內流動，并將氣體均勻地分配到渦輪機轉子葉片上。在蝸殼的內壁上通常會安裝有導流葉片或導流器，以進一步控制氣體的流動方向和速度，確保氣體能夠均勻地進入渦輪機轉子葉片的工作區。
主要分類
按照其技術類別主要可以分為：機械增壓技術、氣波增壓技術、廢氣渦輪增壓技術、電機增壓技術、復合增壓技術等。其中，復合增壓技術可平衡高低轉速動力輸出，曾用于大眾1.4 TSI發動機；廢氣渦輪增壓技術的能效比突出，得到較為廣泛的運用。
機械增壓技術
機械增壓系統安裝在發動機上并通過發動機的曲軸和皮帶相連。發動機工作時，曲軸輸出動力來驅動增壓器的轉子旋轉，空氣被加壓后吹到進氣歧管里主要優點：由于發動機轉速和增壓器轉子的轉速是速度同步的，所以不會存在超前或滯后現象。發動機動力輸出流暢而且穩定主要缺點：摩擦力大、動力消耗厲害、增壓效率低。
氣波增壓技術
氣波增壓系技術是利用高壓廢氣的脈沖氣波來迫使空氣壓縮優點：增壓性能好、加速性好。缺點：整個增壓裝置比較笨重，不適合安裝在體積較小的轎車里。
廢氣渦輪增壓技術
發動機與增壓器沒有任何機械上的關系其壓氣機主要利用發動機的廢氣來驅動渦輪維持動力。一般情況下增壓壓力能達到180~ 200kpa，甚至 300kpa，通過增設空氣冷卻裝置給高溫壓縮空氣實施冷卻。從而應用發動機排出的廢氣達到增壓日的。這種增壓系統日前應用最為廣泛。
其主要優點是：提高的功效比機械增壓要大主要缺點.因油門的開啟速度略快于發動機的動力輸出速度。所以存在“渦輪遲滯”：另外發動機尾氣從汽缸中被排出后需要推動渦輪,使廢氣在排氣管道運動的過程中遇到阻礙。增加了排氣背壓,影響汽缸排氣的順暢性。
電機增壓技術
其技術與廢氣渦輪增壓技術相類似。與氣波增壓及機械增壓的主要區別在于增壓的動力來源不同。氣波增壓是利用尾氣增壓，機械增壓利用發動機的動力增壓，電機增壓則利用的是車載電池來帶動電機一空氣壓縮器。目前此技術已經被應用于家庭轎車上。優點：(1)與氣動增壓方式相比其運行性能更加穩定；(2)原理及構造更加簡單，改裝方便；(3)經濟性價比高，可以節省很大的成本。缺點：(1)增壓功率相對較低。與機械增壓和渦輪增壓相比,因為車載電池的功率限制，一般增壓只能增幅 12%~16%(2)縮短車載電池的使用壽命。
技術特點
優點
渦輪增壓系統的出現極大地推動了內燃機的發展，渦輪增壓技術對于提高內燃機的功率和效率、降低燃油消耗、減少環境污染等方面都具有重要意義。渦輪增壓被廣泛應用于現代汽車和商用車輛中。
缺點
渦輪增壓技術的確可以提升動力，但它也有一些缺點。根據渦輪增壓的原理，由于葉輪的慣性作用對油門的驟時變化反應遲緩，動力輸出會有遲滯現象，當瞬間加速時會有提不上速度的感覺。另外，渦輪增壓并不是隨時都在起動，一般渦輪增壓大多在發動機轉速2500～3000r/min 以上才介入工作，而我們日常行車多在2000r/min左右，除非上高速公路或常需突然加速，否則完全發揮增壓作用的機會并不很多。
同時由于發動機排出廢氣的溫度非常高，通過增壓器的熱傳導及空氣在被壓縮的過程中密度也會升高，必然會導致空氣溫度進一步提高，增壓后的高溫空氣因膨脹導致密度降低，直接進入發動機后，會導致發動機燃燒溫度過高，增加發動機廢氣中的污染物含量，造成空氣污染，甚至造成爆震及死火的現象。所以如果想要進一步提高進氣效率，就要降低進氣溫度，因此一般還需要在增壓器與發動機進氣歧管之間安裝中冷器，以此降低被壓縮空氣的溫度、提高密度，防止發動機產生爆震；工作時需遵循怠速降溫等操作規范，并對空氣濾清器清潔度及機油品質要求較高。
應用領域
汽車
隨著汽車保有量的高速增長，不僅對能源資源造成了巨大的壓力，而且汽車尾氣對環境的影響越來越大。為了降低汽車油耗，改善廢氣排放，滿足法律法規，各大汽車廠進行了各種探索。廢氣再循環技術、渦輪增壓技術逐漸進入人們的視野。渦輪增壓技術主要是利用增壓技術將進入燃燒室的空氣增壓，使得進氣量增大，從而提高發動機的功率和熱效率，降低發動機的油耗達到節能減排的目的。將渦輪增壓技術應用到汽車發動機中是極其必要的，這不僅能夠解決內燃機目前存在的現實矛盾，更能夠促進內燃機向著更加環保的方向發展。
船舶
渦輪增壓技術因其在節能，提高內燃機動力性、經濟性，降低廢氣排放和噪聲等方面具有無可比擬的優勢而被船用低速機廣泛采用，渦輪增壓已經成為提高船用低速機功率的最有效措施之，隨著大型船舶的主機動力性需求逐漸增高，使得船舶主機的燃油消耗大幅增加。為了更好的平衡船舶主機動力性和經濟性，采用高增壓比渦輪增壓器的低速機得到了廣泛應用。
飛機
渦輪增壓系統在飛機發動機上的應用主要是在渦輪風扇發動機中。渦扇發動機是在渦噴發動機之后出現的，主要用于現代民航。由于渦扇發動機具有較高的空氣流量，使得其性能與渦噴發動機相比有明顯提升。在渦扇發動機中，渦輪增壓器的作用是將低壓空氣壓縮后輸送到高壓區域，以便在有限的機身空間內獲得最大的推力。
標準規范
中國
JB/T 11325-2013，內燃機渦輪增壓器執行器的技術規范標準規定了內燃機渦輪增壓器執行器的技術要求，檢驗規則、標志、包裝和貯存，標準適用于正壓氣動執行器。
JB/T 130592017，渦輪增壓器熱沖擊試驗方法規定了渦輪增壓器熱沖擊試驗的術語和定義、試驗條件、試驗方法、數
據采集、數據處理。適用于車用、船用、工程機械、農林機械、發電及其他用途的內燃機（包括柴油機、汽油機、天然氣發動機等）用增壓器。
國際
ISO 17324：2014《汽車渦輪增壓器橡膠軟管規范》規定了轎車用渦輪增壓器軟管的規格和技術要求和規定了商用車輛用大口徑軟管的要求。
發展趨勢
小型化和輕量化
為了滿足現代汽車對燃油經濟性和動力性的需求，渦輪增壓器正在不斷向小型化和輕量化方向發展。通過采用新材料和制造工藝，渦輪增壓器的體積和重量都得到了顯著減小，從而提高了整個系統的效率。
提高熱效率
為了提高渦輪增壓系統的熱效率，研究者們正在探索新型的冷卻系統和熱管理技術。例如，采用先進的熱障涂層和高效散熱器等技術，可以有效地降低渦輪增壓器的熱負荷，提高其耐久性和可靠性。
智能化控制
隨著汽車電子技術的不斷發展，智能化控制已經成為渦輪增壓系統的一個重要發展趨勢。通過引入先進的傳感器、控制器和執行器，可以實現對渦輪增壓系統的精確控制和優化，從而提高發動機的性能和燃油經濟性。
電動渦輪增壓技術
隨著電動汽車市場的不斷發展，電動渦輪增壓技術也受到了越來越多的關注。這種技術采用電動機來驅動渦輪增壓器，從而避免了傳統渦輪增壓器在低速時響應遲滯的問題，提高了發動機的瞬態響應性能。
參考資料 >
船用柴油機渦輪增壓器質量管理研究及應用.中國知網.2023-12-07