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二、涡轮增压
1．涡轮增压概述及布局方式
如前所述，废气涡轮增压是通过发动机排出的废气能量推动涡轮增压实现增压，根据涡轮回收废气能量的方式不同，废气涡轮增压系统可分为串联前复合增压、串联后复合增压以及并联复合增压等几种方式，如图26所示。
串联前复合增压是在废气涡轮增压器前串联一个涡轮机，发动机排出的废气先流入前置涡轮机，回收部分能量后再排人涡轮增压器的涡轮机，由此带动压气机进行增压的系统。这种增压系统的特点是，可充分利用废气的能量，因此可提高整机的热效率；同时在增压器前利用涡轮机事先同收废气的部分能量，所以可避免增压器的转速过高的现象。
串联后复合增压是在增压器后再串联一个废气涡轮，其主要目的就是进一步回收利用经增压器后排出的废气能量，以便提高整机的热效率。并联复合增压是将发动机排出的废气分两路同时排人一个废气涡轮和废气涡轮增压器的涡轮的系统。对排量较大的发动机，通过这种复合系统提高废气能量的再回收利用，在提高整机热效率的同时减轻了废气涡轮增压器的工作负担。
这种复合增压系统的共同点是在输出轴上都设置了一个能量回收的涡轮，只是涡轮设置的位置不同。但一般涡轮的转速为50000～180000r/min，而发动机的转速为1800～4000 r/min，因此均需要减速器和离合器。减速器的减速比约为1/30。
废气涡轮增压器根据增压器的数量又可分为单级增压和双级复合增压。普通车型常用单级增压系统，即采用一个废气涡轮增压器，而双级增压系统采用两个废气涡轮增压器，主要用于大排量车用柴油机。根据两个增压器的连接方式不同，双级增压方式又可分为直列双级复合增压和并列双级复合增压两种系统，如图27所示。直列双级复合增压系统一般由一个小型增压器和一个大型增压器直列布置构成，并根据发动机转速分别使用。低速时关闭进气切换阀和排气切换阀，使小型增压器工作，以提高低速进气量，改善低速转矩特性；中、高速时打开排气切换阀和进气切换阀，使排气流向大型增压器，以便增压发动机在高效率区进行匹配，提高发动机的经济性。此时，小型增压器涡轮的进、出口压力相等，所以自动停止工作。6缸机常采用并列式双级复合增压系统，1、2、3缸和4、5、6缸分别采用相同的增压器。与6个缸采用一个增压器相比，采用并列双级增压器时流过废气涡轮的排气流量减少一半，所以采用小型增压器，由此达到兼顾低速转矩特性和中、高速在高效率区的良好匹配，提高整机性能的目的；多缸发动机采用并列式双级复合增压系统的另一个目的，就是为了避免产生各缸排气干涉现象。
由于废气涡轮增压器是流体机械，而发动机是动力机械，二者属于两种不同类型的机械，所以废气涡轮增压发动机有待进一步解决的课题是：①如何提高发动机的低速转矩；②低速时应避免增压器工作线接近喘振线；③防止高速时进气压力过高或增压器超速；④降低高速时的泵气损失；⑤防止缸内产生最高压力及热负荷增加。
2．常见的几种涡轮增压布置原理
（1）单涡轮增压器。单涡轮增压器布置如图28所示，图示为大众车型、菲亚特直列四缸发动机的单涡轮增压系统。发动机各气缸的增压由一只进气涡轮增压器实现，各缸排气都作用于废气涡轮，是目前小排量发动机最常见的布局。
在直列六缸和V型六缸和V型发动机中布置两套完全独立的涡轮增压器，如图29所示的实物。
图30所示为直列六缸涡轮布置原理，图31为宝马最新的汽油机涡轮增压系统采用了双涡管单涡轮原理设计。在直列6缸3.0升发动机上，三缸一组，每组在排气支管和涡轮增压器中都有单独的气道，两组废气共同吹动同一个涡轮旋转，驱动涡轮对进入到气缸中的空气进行压缩。
对于V形发动机而言，左右排气气缸可以使用两个独立的单涡轮增压器。如日产VG30DETT发动机布置了两个增压器。
该发动机为V6发动机，共有24个气阀，排量为31，最大功率为169kW/6400r/min。为了冷却进气，该发动机采用了中冷装置，所以VG30DETT发动机是一台中冷增压发动机。
图32所示为宝马V8型4.4升发动机上采用双涡轮增压技术。其中一个非常独特的设计是，两个涡轮增压器并非安装在发动机外侧，而是直接安装在两个气缸列之间的“V”形区域内，分别为四个气缸提供经过增压的空气，确保发动机能够对驾驶员通过加速踏板发出的指令做出无与伦比的迅捷响应，而完全没有以往传统涡轮增压发动机上的“涡轮迟滞”（涡轮需要延迟一段时间才开始产生增大动力的作用）。正是得益于双涡轮增压技术，这款发动机能够在1750～4500r/min的宽广转速范围内产生600N·m的最大转矩。配备这台发动机的宝马5501 Gran Turismo，只需5. 5s便可从静止加速到100km/h。
