20世纪初，内燃机的兴起最终让汽车成了现在的样子。不过，不管是用蒸汽机作动力，还是现在的汽油、柴油发动机，都一直沿用着古老的汽缸-活塞-连杆-曲轴机构，直到二次大战后“涡轮增压”的出现。
四冲程活塞式发动机工作原理
神奇的“鼓风机”
现在我们接触到的汽车，大多数都是采用四冲程内燃机型的汽车，四个“冲程”指的是发动机每个汽缸进气，压缩，做功，排气的四个过程。我们知道燃料要在汽缸中燃烧，就必须有氧气（空气），而在增压发动机没有发明之前，汽车发动机都是“自然吸气”（Naturally Aspirated Engine, N.A.）。所谓的自然吸气，就是靠活塞在从汽缸上部移动到到下部时，自然“拉”入的空气，好比注射剂的针筒，用手拉活塞时，自然吸入的空气，活塞行程有多少，就会吸入多少体积的空气。
怎样让燃料在气缸内燃烧得更猛烈呢？注入更多的燃料？没错，但是同时也需要注入更多的空气。空气是可压缩的，于是人们想到了利用增压器的力量，向气缸内注入更多压缩过的空气。由于空气的体积被压缩了，同样气缸的容积下，所含的氧气就会增加，再辅以喷射更大量的汽油，燃烧后便会产生更大的力量。
工程师们使用了两种方式为发动机增压，一种是罗茨鼓风机式，又叫做机械增压（Supercharger），这种增压器是通过发动机输出的动力来驱动的，所以需要损耗一部分发动机的功率。而另一种就是现今最为流行的涡轮增压式（Turbocharger），很多帅气的汽车尾巴后面都会加个T，就是使用这种类型的增压器。涡轮增压的增压器动力来源是发动机尾气的废气，就像一个鼓风机连着一个风车，风车放在排气端，尾气吹动风车，产生的动能带动鼓风机，向气缸内输进更大量的空气。
红色为尾气排放的“风车”，蓝色是进气部分的“鼓风机”
废气涡轮增压发动机的原理示意图
陆上战车的澎湃心脏
活塞式发动机的涡轮增压技术最早应用在军事领域，二战中一些著名的战机，如B-17空中堡垒、B-24解放者，P-38闪电和P-47雷电还有德国的FW-190，都使用了涡轮增压活塞式发动机。战后，涡轮增压发动机从天空走向地面。如今，从“陆上巡洋舰”坦克到城市路面上跑着的轿车，很多都采用了涡轮增压发动机。德国的豹2A6坦克采用的MB873Ka-501型柴油涡轮增压发动机是目前世界上最强劲的活塞发动机之一，它让豹2A6成为当今世界最灵活的坦克之一不过，如果让豹2A6坦克和一辆同样装备涡轮增压发动机的现代化轿车来个100米比赛，坦克一定会败下阵来。虽然豹2A6坦克的发动机功率达到1100千瓦（1500马力），最大扭力为达到4700牛米，但它重达60吨，动力推重比仅有可怜的25马力/吨 （78.3牛米/吨），而一辆装备2.0升 5缸涡轮增压发动机的沃尔沃S60 T5智尚版轿车，虽然发动机功率只有213马力，扭矩只有300牛米，但“体重”轻巧，只有1.593吨，所以动力推重比约合133马力/吨（150牛米/吨），可以轻松地在7.7秒内从静止加速到100公里/小时。
小T那点事，涡轮增压的利与弊
当活塞遇到涡轮，传统的活塞式发动机摇身一变，换了一种脾气：在同等功率的输出下，涡轮增压发动机相比自然吸气发动机，有更宽泛的最大扭矩输出。从发动机工作特性上可以看出，涡轮增压发动机特有的“扭矩高原”，使得发动机在很大范围内的扭矩保持最大值，提高了发动机的响应速度。反映在消费者的感受上，则是“提速更快，动力更优”。相应地，由于所需求的发动机工作容积变得更小，在发动机的开发上就可以选择体积更小的活塞，更短的活塞行程，使得发动机的整体尺寸缩小，转动惯量降低，从而降低动力系统的重量，提高效率。我们可以做个比较：同样是采用5缸发动机，沃尔沃S40搭载的2.4升自然吸气发动机最大马力为170马力/5000RPM，最大扭矩为230牛米/4400RPM；而搭载2.0升涡轮增压发动机的沃尔沃S60，排量虽然减小0.4升，但功率增加43马力，达到213马力/6000RPM，最大扭矩提升70牛米，达到300牛米/2700-5000RPM，这样一来，在不增加油耗的前提下，整车的动力输出和加速性能得到了很大的提升。
沃尔沃S60装备的T5 5缸涡轮增压发动机
不过，涡轮带来的也不全是好处。涡轮增压提高了发动机的效率，但是涡轮增压器是由发动机排放的废气所推动的。当“风”不够大时，“风扇”转不起来，也就不能达到推动“鼓风机”输送更多空气的目的。反映在日常的使用中，就表现出了“涡轮迟滞”，在涡轮没有介入工作的时候，发动机的功率反倒会缩小。不过，随着发动机技术和材料技术的改进，小尺寸的涡轮，轻质的飞轮，更加高效的润滑系统，使“涡轮迟滞”现象正在逐渐减少。此外，由于涡轮增压发动机长期工作在相对严苛（高温高压）的环境中，对于发动机润滑和散热系统有着更高的需求，比如使用全合成的机油，是增压发动机的必然选择。
现在，你明白了那些车尾带着小T标识的含义，也了解了它的脾气秉性。如果你想拥有动力澎湃的驾驶感，那么一辆搭载涡轮增压发动机的运动型轿车一定让你体会到陆地战车的霸气哦！
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