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涡轮增压发动机寿命揭秘:耐用性与维护关键

网传涡轮增压机的使用寿命低于自然吸气机型,这种说法对吗?

答案显然是否定的。技术方面的分析可以先放一放,判断涡轮增压机使用寿命的最佳参考是营运车型,比如以下几种。

公交车年均行驶里程5-10万公里长途客车年均里程≥10万公里营运货车年均里程15-25公里

判断发动机使用寿命的最佳参考就是「行驶里程」,很多人说涡轮增压机的使用寿命短,殊不知上述三类车型排除电动公交车以外,剩余的燃油动力汽车均装备柴油动力涡轮增压机。而且这些机器大都采用高压共轨直喷系统,以极高的做功压力和温度运行,使用寿命是不是很长呢?

涡轮增压发动机「使用寿命」问题解析


决定发动机使用寿命的核心因素是什么?

答案显然是运行压力与温度,高温会影响材料的使用寿命,同时会影响机油的润滑、密封、清洁等等功能。那么“理论上”似乎是涡轮增压机的使用寿命短,但是不要忘记缸盖、缸套等等机体材料的标准是存在很大差异的。

说白了就是有些材料本就可以承受极高的压力与温度,以保证机器的耐用性足够高;同时以富氧燃烧的标准提高发动机的扭矩和功率,以实现更强的性能或更低的耗油量。这就是为什么上述增压动力车型可以行驶上百万公里也没有问题,机体本身不需要担心什么,但增压器是否需要“定期更换”呢?

涡轮增压发动机「使用寿命」问题解析

「涡轮增压器」的本质是个空气压缩机,或者称之为“压气机”。其核心结构是两个涡轮加上轴承,这种轴承以目前的技术和材料标准可以达到极高的使用寿命,这些营运车型除非概率性故障以外,基本是不用考虑更换增压器的。

家用汽车的年均行驶里程能达到1万公里就算难得,按照这个里程标准可以说汽车开上几十年也不用考虑更换增压器总成。曾经所谓的“10万公里即需更换增压器”的说法已经“过时”了,而且在同期也只是部分品质较低的车辆因使用低标准的增压器才有这个问题,现阶段的增压器基本做到了与发动机总成使用寿命相同。

涡轮增压发动机「使用寿命」问题解析


增压器高温会有什么影响吗?

增压器的涡轮每分钟转速可以达到十几万转?!在自然吸气发动机的用户群体中流行着这种说法,以其超高转速来“暗示”增压器的耐用性差,而且可能会因为高温而影响发动机总成的使用寿命。

然而涡轮转速真能达到这个标准的话,可以说这台车一定是高端的高性能汽车;机体使用的材料会有高标准,且用户并不会那么在意是否需要更换增压器,因为车辆绝对具备超高性能——反之普通代步车汽车的增压器不过是每分钟几万转的标准而已,而就是这个转速标准也已经有高标准的压缩空气的能力,2.0T的增压机也能因其而实现350-400N·m的高标准。

涡轮增压发动机「使用寿命」问题解析

所以说增压器在运行中确实会产生高温,但是转速和温度标准并不会有想象中的那么夸张;同时增压器是有润滑和散热系统的哦,润滑是通过超高流速的机油对轴承进行润滑,机油的流动还可以吸热与散热。

其次部分机型的防冻冷却液也会以极高的流速为增压器进行降温,那么这种压气机的材料使用寿命和涡轮轴承使用寿命当然不会受到什么影响喽。我们正在是的系列涡轮增压动力的汽车,有些行驶几万公里,有些已经行驶了几十万公里——至少小范围内均未出现任何问题。

涡轮增压发动机「使用寿命」问题解析


假设增压器的温度偏高,对于发动机总成会产生影响吗?

答案还是否定的, 因为增压器并不直接作用于机体,其功能是通过内燃机(基础型自然吸气发动机)运行中产生的高压排气,通过气流驱动增压器的废气涡轮运转;压气机部分的涡轮与废气涡轮刚性连接,也就是说两组涡轮会同速旋转。

废气涡轮部分是被尾气驱动运转,压气机涡轮是在进气道内压缩空气,这与机体的内部机械结构并无“直接接触”的影响。所以增压器是不会影响机体的,当然改加装增压器必然会有影响,因自然吸气发动机使用的机体材料标准要低得多,通过外挂增压器提升近期氧浓度而实现一定程度的富氧燃烧;结果则会是燃烧温度的压力大幅提升,使用寿命会大幅缩短。

(增压器可以提升进气氧浓度,常压标准氧浓度为21%,下图为升高后的燃烧火焰温度变化曲线)

涡轮增压发动机「使用寿命」问题解析

总结:涡轮增压发动机的使用寿命是不用担心的,因为材料一定会符合燃烧温度与压力的需要,即使是橡胶密封件也会是更高的标准。自然吸气发动机的使用寿命也会很长,即使用的材料标准低也没有关系,因其「性能标准低」。

两种机型的主要区别是能否在中低转速区间输出并维持最大扭矩,扭矩×转速÷9549×1.36=马力;想要节油并且有乐趣的驾驶汽车,需要的是“低转速·大马力”,扭矩和转速是相乘的关系,所以只有扭矩足够大才能实现这种节油驾驶模式。涡轮增压能实现在中低转速区间稳定大扭矩,自然吸气发动机无法做到这种标准 (更费油),这就是两种机型的核心差异。

(下图是1.5L与1.5T发动机的功率扭矩标准差值·平均值)

涡轮增压发动机「使用寿命」问题解析


编辑:天和Auto-汽车科学岛

天和MCN授权发布

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