王鈺斌　雷汝婧

摘要：本文簡要介紹了渦輪增壓技術(shù)與其發(fā)展歷程，概括了渦輪增壓器與壓氣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，分析了國內(nèi)市場概況，對未來渦輪增壓器市場趨勢做出了判斷。

關(guān)鍵詞：渦輪增壓器;壓氣機(jī);市場;趨勢

隨著人們對環(huán)保重視程度的不斷提升，世界各大主要汽車市場制定并執(zhí)行的改善油耗及廢氣排放法規(guī)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)更為嚴(yán)格，德法英等眾多國家甚至宣布將全面禁售燃油汽車。傳統(tǒng)燃油汽車制造企業(yè)面對如此嚴(yán)峻的形勢，紛紛在提高發(fā)動機(jī)效率、降低排放方面下功夫。目前較為成熟的主要技術(shù)包括，混合動力技術(shù)以及渦輪增壓技術(shù)。

一、渦輪增壓技術(shù)與其發(fā)展

渦輪增壓技術(shù)是發(fā)動機(jī)增壓的一種方式，目前已被廣泛采用。渦輪增壓器本質(zhì)上是一種空氣壓縮機(jī)，其可以通過提升進(jìn)氣壓力，來達(dá)到增加進(jìn)氣量的目的。其往往是利用發(fā)動機(jī)排氣慣量。一般利用發(fā)動機(jī)排出廢氣的慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪隨即帶動與之同軸的葉輪，葉輪將經(jīng)過空氣濾清器送來的空氣增壓后送入氣缸，增加了進(jìn)氣總量，故而它可以向發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)注入更多的燃油。隨之提高了發(fā)動機(jī)的機(jī)械功率，并能夠顯著提升燃燒效率。采用渦輪增壓技術(shù)可以更充分的利用發(fā)動機(jī)燃燒室，帶來減輕重量、提升燃油經(jīng)濟(jì)性的同時，有效降低排放。

在我國，從20世紀(jì)50年代末開始生產(chǎn)增壓器，但受多種原因限制，我國渦輪增壓技術(shù)此后經(jīng)歷了較長的停滯期。自20世紀(jì)90年代開始，渦輪增壓器作為一種節(jié)能、高效、科技含量高的環(huán)保型汽車發(fā)動機(jī)零部件產(chǎn)品，在柴油機(jī)市場受到廣泛應(yīng)用，而隨著國六排放法規(guī)的實施，越來越多的汽油機(jī)也紛紛采用渦輪增壓技術(shù)。未來渦輪增壓技術(shù)應(yīng)用前景還有機(jī)會進(jìn)一步擴(kuò)大。

二、渦輪增壓器與壓氣機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

渦輪增壓器通常包括壓氣機(jī)與渦輪機(jī)兩部分。渦輪機(jī)由渦輪殼、噴嘴環(huán)及單級渦輪等部件組成，它的作用為壓氣機(jī)工作提供動力源。壓氣機(jī)則包含了單級離心式壓氣機(jī)、擴(kuò)壓器與殼體等。渦輪與主軸通過焊接連接起來，壓氣機(jī)葉輪安裝于渦輪軸上，通常采用螺母壓緊。為保證其工作時的高速旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，渦輪軸與壓氣機(jī)葉輪都需要進(jìn)行動平衡測試。增壓器轉(zhuǎn)子通常采用內(nèi)支承型式。以常見的離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)為例，其一般由進(jìn)氣道、葉輪、擴(kuò)壓器和壓氣機(jī)蝸殼等部件組成。

在壓氣機(jī)中，進(jìn)氣道的功能是將外部空氣引導(dǎo)至壓氣機(jī)葉輪。設(shè)計中通常將通道采用漸進(jìn)式縮小的方式，來降低氣體由于流動產(chǎn)生的損耗。入口通道有軸向入口和徑向入口兩種形式。軸向入口通道廣泛應(yīng)用于中小型渦輪增壓器，該形式中的氣體沿軸向直接進(jìn)入到壓氣機(jī)中，這種設(shè)計簡單，流動損失小。徑向入口形式通則常用在置于軸承外的大型渦輪增壓器上，該種形式下，氣體首先沿徑向進(jìn)入入口通道，然后再沿軸向進(jìn)入壓氣機(jī)的葉輪。

三、國內(nèi)市場概況

渦輪增壓器是內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵部件之一，在改善燃燒效率的同時，優(yōu)化排放降低污染，且具備明顯的高原補(bǔ)償功能。按照工作原理劃分，增壓器有廢氣渦輪增壓器（渦輪增壓器）、機(jī)械增壓器、電子增壓器等類型，其中車用市場中較多的使用尾氣渦輪增壓器。

車用增壓器屬于機(jī)械制造業(yè)，其與上下游行業(yè)的關(guān)聯(lián)性非常強(qiáng)。當(dāng)上游金屬等價格出現(xiàn)較大的波動時，渦輪增壓器必然受到影響;而下游的發(fā)動機(jī)或整車市場不景氣時，渦輪增壓器生存壓力必然增大。

就目前我國柴油發(fā)動機(jī)市場來看，渦輪增壓器的普及使用比例在重型卡車及中重型工程機(jī)械領(lǐng)域基本達(dá)到了100%，在輕型卡車的普及程度接近50%。但在市場份額更大的乘用車市場，目前廣泛采用的是汽油機(jī)，該領(lǐng)域以合資品牌推出渦輪增壓版汽油機(jī)為發(fā)端，隨后國內(nèi)自主品牌才陸續(xù)跟進(jìn)，但當(dāng)前渦輪增壓器的使用比例尚不足30%，市場潛力可以說有較大挖掘空間。在汽車零部件市場領(lǐng)域，高端商用車及國內(nèi)乘用車市場幾乎被外資品牌壟斷。全球渦輪增壓器市場前十強(qiáng)企業(yè)中，已經(jīng)在中國國內(nèi)設(shè)立獨(dú)資或合資企業(yè)的已達(dá)到五家，他們占據(jù)了近三分之二的市場份額。面對強(qiáng)大的競爭對手，國內(nèi)自主品牌增壓器生產(chǎn)企業(yè)致力于打破產(chǎn)業(yè)格局。但就研發(fā)能力、生產(chǎn)規(guī)模、質(zhì)量控制和管理等方面，國內(nèi)自主品牌制造企業(yè)還有不少困難有待攻克。目前國內(nèi)自主品牌增壓器以中低端商用車市場為主。伴隨著中國汽車市場影響力不斷提升，產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢日漸突出，產(chǎn)業(yè)配套體系強(qiáng)大且完善，全球其他注明汽車零部供應(yīng)商也紛紛躍躍欲試隨時準(zhǔn)備在中國投資建廠，在可以預(yù)見的未來十余年，渦輪增壓器市場的競爭必然會達(dá)到白熱化程度。

數(shù)據(jù)顯示，伴隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)銷量一路高歌猛進(jìn)，中國的渦輪增壓器銷量增長速度領(lǐng)跑全球。從2009年的170萬臺一路飆升至2019年的1196萬臺，年均復(fù)合增長率達(dá)到兩位數(shù)，遠(yuǎn)高于世界平均水平。有預(yù)測表示，2021年我國車用渦輪增壓器市場銷量有望達(dá)到1472萬臺。

四、市場趨勢分析

渦輪增壓器在技術(shù)上研發(fā)主要呈現(xiàn)以下幾個特點(diǎn)：一是注重新材料、新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用;二是注重增壓器與內(nèi)燃機(jī)的同步開發(fā)，電控趨勢明顯，更加關(guān)注系統(tǒng)綜合效率;三是產(chǎn)品向著小型化、高速化的緊湊型結(jié)構(gòu)發(fā)展;四是充分利用排氣能量的同時，盡量優(yōu)化振動與噪聲，避免進(jìn)排氣干擾。此外，轉(zhuǎn)子輕量化、可變截面、兩級增壓、高響應(yīng)特性、耐高溫等領(lǐng)域也是其技術(shù)發(fā)展的關(guān)注方向。

結(jié)合技術(shù)現(xiàn)狀及國內(nèi)外市場發(fā)展來看，未來國內(nèi)車用渦輪增壓器的市場呈現(xiàn)以下一些趨勢：

（一）市場潛力將進(jìn)一步挖掘

雖然世界眾多國家紛紛宣布將在未來全面禁售燃油汽車，但我國政府對此一直保持審慎的態(tài)度。2020年9月《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖（2.0版）》已通過專家評審，其中明確表示：不建議制定“禁止燃油車”時間表。到2035年，節(jié)能汽車與新能源汽車將大概各占一半比例。這無疑給傳統(tǒng)燃油汽車市場注入了一劑強(qiáng)心針，中國汽車市場基數(shù)大，消費(fèi)升級潛力巨大，伴隨著全面建成小康社會，特別是中低線城市消費(fèi)新生代有望成為增長新熱點(diǎn)。而隨著新上市的成品車中渦輪增壓器配置比重的增加，預(yù)計渦輪增壓器的需求增速有望超越汽車整車產(chǎn)量增速。

據(jù)統(tǒng)計，2016年全球渦輪增壓器滲透率為40%，同年在中國的滲透率為32%，略有差距。截至2018年，全球渦輪增壓器滲透率為44%，在中國則為40%，盡管滲透率不及世界水平，但增長速度高于全球速度。預(yù)計到2021年中國渦輪增壓器滲透率與全球滲透率平齊，約為48%。可見，全球及中國的渦輪增壓器滲透水平均不高，在渦輪增壓器下游市場不斷擴(kuò)張的情況下，渦輪增壓器未來的成長空間還很大。數(shù)據(jù)顯示，2018年中國渦輪增壓器市場容量達(dá)到278億元，同比增長6.5%，預(yù)計到2021年其市場容量將達(dá)368億元。受國家“節(jié)能減排”政策的強(qiáng)力推動，未來渦輪增壓器在中國新銷售車輛中的配置率將繼續(xù)提高，未來五年，中國仍將是全球渦輪增壓器增長最快速的地區(qū)。

（二）消費(fèi)市場將出現(xiàn)分級

如同其他成熟市場，伴隨著激烈的市場競爭以及消費(fèi)者需求的多元化，市場也將會逐步呈現(xiàn)出分級現(xiàn)象。有消費(fèi)者看重產(chǎn)品品質(zhì)、品牌，也有消費(fèi)者關(guān)注性價比，還的消費(fèi)者可能在乎的是產(chǎn)品的兼容性和拓展性，而諸如房車/旅行車的消費(fèi)用戶還會格外關(guān)注實際運(yùn)用的體驗等。消費(fèi)分級有助于市場多元化競爭，對于國內(nèi)眾多的中小型企業(yè)而言，算的上是一次有利的機(jī)會，可以專注某一特定消費(fèi)領(lǐng)域，生耕細(xì)作，做強(qiáng)做大也是有機(jī)會的。

（三）服務(wù)消費(fèi)領(lǐng)域競爭越來越激烈

由于渦輪增壓器對使用技術(shù)條件有一定的要求，而用戶在使用過程中往往不能很好的關(guān)注技術(shù)條件的細(xì)節(jié)要求，導(dǎo)致市場普遍認(rèn)為渦輪增壓技術(shù)比較“嬌氣”，同時也導(dǎo)致了渦輪增壓技術(shù)對售后的要求較高。未來渦輪增壓企業(yè)如果不重視服務(wù)消費(fèi)領(lǐng)域，那將極有可能被市場淘汰。

（四）技術(shù)融合升級有一定的想象空間

隨著我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的積累與發(fā)展，未來汽車大數(shù)據(jù)的整合與運(yùn)用也被視為一片“沃土”?？梢詫u輪增壓技術(shù)融合進(jìn)全新汽車生態(tài)系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)有效催生全新業(yè)務(wù)模式，還可加強(qiáng)跨領(lǐng)域的合作，未來技術(shù)的融合升級有一定的想象空間。

五、結(jié)語

在眾多節(jié)能減排技術(shù)中，渦輪增壓技術(shù)被認(rèn)為是更具經(jīng)濟(jì)效益的節(jié)能技術(shù)。我國汽車產(chǎn)業(yè)要堅持綠色發(fā)展的理念，車用渦輪增壓器市場有望進(jìn)一步發(fā)展。未來市場具備較大的增長潛力，消費(fèi)市場呈現(xiàn)出分級趨勢，同時服務(wù)消費(fèi)領(lǐng)域競爭日趨激烈，技術(shù)融合升級也具備一定條件。

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論文來源：本文為湖北省教育廳科學(xué)研究計劃項目《基于ANSYS CFX的車用渦輪增壓器壓氣機(jī)渦管的優(yōu)化設(shè)計》（編號：B2018267）的部分成果，雷汝婧為課題負(fù)責(zé)人，王鈺斌為課題參與人

作者簡介：王鈺斌（1985—），男，漢族，河南柘城人，本科，講師，汽車服務(wù)工程專業(yè)負(fù)責(zé)人，研究方向：汽車后市場及汽車服務(wù)工程。