我国车用涡轮增压器压气机的现状研究

王钰斌　雷汝婧

摘要：本文简要介绍了涡轮增压技术与其发展历程，概括了涡轮增压器与压气机的基本结构，分析了国内市场概况，对未来涡轮增压器市场趋势做出了判断。

关键词：涡轮增压器;压气机;市场;趋势

随着人们对环保重视程度的不断提升，世界各大主要汽车市场制定并执行的改善油耗及废气排放法规及行业标准也相应更为严格，德法英等众多国家甚至宣布将全面禁售燃油汽车。传统燃油汽车制造企业面对如此严峻的形势，纷纷在提高发动机效率、降低排放方面下功夫。目前较为成熟的主要技术包括，混合动力技术以及涡轮增压技术。

一、涡轮增压技术与其发展

涡轮增压技术是发动机增压的一种方式，目前已被广泛采用。涡轮增压器本质上是一种空气压缩机，其可以通过提升进气压力，来达到增加进气量的目的。其往往是利用发动机排气惯量。一般利用发动机排出废气的惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮随即带动与之同轴的叶轮，叶轮将经过空气滤清器送来的空气增压后送入气缸，增加了进气总量，故而它可以向发动机燃烧室内注入更多的燃油。随之提高了发动机的机械功率，并能够显著提升燃烧效率。采用涡轮增压技术可以更充分的利用发动机燃烧室，带来减轻重量、提升燃油经济性的同时，有效降低排放。

在我国，从20世纪50年代末开始生产增压器，但受多种原因限制，我国涡轮增压技术此后经历了较长的停滞期。自20世纪90年代开始，涡轮增压器作为一种节能、高效、科技含量高的环保型汽车发动机零部件产品，在柴油机市场受到广泛应用，而随着国六排放法规的实施，越来越多的汽油机也纷纷采用涡轮增压技術。未来涡轮增压技术应用前景还有机会进一步扩大。

二、涡轮增压器与压气机的基本结构

涡轮增压器通常包括压气机与涡轮机两部分。涡轮机由涡轮壳、喷嘴环及单级涡轮等部件组成，它的作用为压气机工作提供动力源。压气机则包含了单级离心式压气机、扩压器与壳体等。涡轮与主轴通过焊接连接起来，压气机叶轮安装于涡轮轴上，通常采用螺母压紧。为保证其工作时的高速旋转的稳定性，涡轮轴与压气机叶轮都需要进行动平衡测试。增压器转子通常采用内支承型式。以常见的离心式压气机结构为例，其一般由进气道、叶轮、扩压器和压气机蜗壳等部件组成。

在压气机中，进气道的功能是将外部空气引导至压气机叶轮。设计中通常将通道采用渐进式缩小的方式，来降低气体由于流动产生的损耗。入口通道有轴向入口和径向入口两种形式。轴向入口通道广泛应用于中小型涡轮增压器，该形式中的气体沿轴向直接进入到压气机中，这种设计简单，流动损失小。径向入口形式通则常用在置于轴承外的大型涡轮增压器上，该种形式下，气体首先沿径向进入入口通道，然后再沿轴向进入压气机的叶轮。

三、国内市场概况

涡轮增压器是内燃机的关键部件之一，在改善燃烧效率的同时，优化排放降低污染，且具备明显的高原补偿功能。按照工作原理划分，增压器有废气涡轮增压器（涡轮增压器）、机械增压器、电子增压器等类型，其中车用市场中较多的使用尾气涡轮增压器。

车用增压器属于机械制造业，其与上下游行业的关联性非常强。当上游金属等价格出现较大的波动时，涡轮增压器必然受到影响;而下游的发动机或整车市场不景气时，涡轮增压器生存压力必然增大。

就目前我国柴油发动机市场来看，涡轮增压器的普及使用比例在重型卡车及中重型工程机械领域基本达到了100%，在轻型卡车的普及程度接近50%。但在市场份额更大的乘用车市场，目前广泛采用的是汽油机，该领域以合资品牌推出涡轮增压版汽油机为发端，随后国内自主品牌才陆续跟进，但当前涡轮增压器的使用比例尚不足30%，市场潜力可以说有较大挖掘空间。在汽车零部件市场领域，高端商用车及国内乘用车市场几乎被外资品牌垄断。全球涡轮增压器市场前十强企业中，已经在中国国内设立独资或合资企业的已达到五家，他们占据了近三分之二的市场份额。面对强大的竞争对手，国内自主品牌增压器生产企业致力于打破产业格局。但就研发能力、生产规模、质量控制和管理等方面，国内自主品牌制造企业还有不少困难有待攻克。目前国内自主品牌增压器以中低端商用车市场为主。伴随着中国汽车市场影响力不断提升，产业集群优势日渐突出，产业配套体系强大且完善，全球其他注明汽车零部供应商也纷纷跃跃欲试随时准备在中国投资建厂，在可以预见的未来十余年，涡轮增压器市场的竞争必然会达到白热化程度。

数据显示，伴随着国内汽车产销量一路高歌猛进，中国的涡轮增压器销量增长速度领跑全球。从2009年的170万台一路飙升至2019年的1196万台，年均复合增长率达到两位数，远高于世界平均水平。有预测表示，2021年我国车用涡轮增压器市场销量有望达到1472万台。

四、市场趋势分析

涡轮增压器在技术上研发主要呈现以下几个特点：一是注重新材料、新工艺、新技术的应用;二是注重增压器与内燃机的同步开发，电控趋势明显，更加关注系统综合效率;三是产品向着小型化、高速化的紧凑型结构发展;四是充分利用排气能量的同时，尽量优化振动与噪声，避免进排气干扰。此外，转子轻量化、可变截面、两级增压、高响应特性、耐高温等领域也是其技术发展的关注方向。

结合技术现状及国内外市场发展来看，未来国内车用涡轮增压器的市场呈现以下一些趋势：

（一）市场潜力将进一步挖掘

虽然世界众多国家纷纷宣布将在未来全面禁售燃油汽车，但我国政府对此一直保持审慎的态度。2020年9月《节能与新能源汽车技术路线图（2.0版）》已通过专家评审，其中明确表示：不建议制定“禁止燃油车”时间表。到2035年，节能汽车与新能源汽车将大概各占一半比例。这无疑给传统燃油汽车市场注入了一剂强心针，中国汽车市场基数大，消费升级潜力巨大，伴随着全面建成小康社会，特别是中低线城市消费新生代有望成为增长新热点。而随着新上市的成品车中涡轮增压器配置比重的增加，预计涡轮增压器的需求增速有望超越汽车整车产量增速。

据统计，2016年全球涡轮增压器渗透率为40%，同年在中国的渗透率为32%，略有差距。截至2018年，全球涡轮增压器渗透率为44%，在中国则为40%，尽管渗透率不及世界水平，但增长速度高于全球速度。预计到2021年中国涡轮增压器渗透率与全球渗透率平齐，约为48%。可见，全球及中国的涡轮增压器渗透水平均不高，在涡轮增压器下游市场不断扩张的情况下，涡轮增压器未来的成长空间还很大。数据显示，2018年中国涡轮增压器市场容量达到278亿元，同比增长6.5%，预计到2021年其市场容量将达368亿元。受国家“节能减排”政策的强力推动，未来涡轮增压器在中国新销售车辆中的配置率将继续提高，未来五年，中国仍将是全球涡轮增压器增长最快速的地区。

（二）消费市场将出现分级

如同其他成熟市场，伴随着激烈的市场竞争以及消费者需求的多元化，市场也将会逐步呈现出分级现象。有消费者看重产品品质、品牌，也有消费者关注性价比，还的消费者可能在乎的是产品的兼容性和拓展性，而诸如房车/旅行车的消费用户还会格外关注实际运用的体验等。消费分级有助于市场多元化竞争，对于国内众多的中小型企业而言，算的上是一次有利的机会，可以专注某一特定消费领域，生耕细作，做强做大也是有机会的。

（三）服务消费领域竞争越来越激烈

由于涡轮增压器对使用技术条件有一定的要求，而用户在使用过程中往往不能很好的关注技术条件的细节要求，导致市场普遍认为涡轮增压技术比较“娇气”，同时也导致了涡轮增压技术对售后的要求较高。未来涡轮增压企业如果不重视服务消费领域，那将极有可能被市場淘汰。

（四）技术融合升级有一定的想象空间

随着我国智能网联汽车技术的积累与发展，未来汽车大数据的整合与运用也被视为一片“沃土”。可以将涡轮增压技术融合进全新汽车生态系统，通过大数据有效催生全新业务模式，还可加强跨领域的合作，未来技术的融合升级有一定的想象空间。

五、结语

在众多节能减排技术中，涡轮增压技术被认为是更具经济效益的节能技术。我国汽车产业要坚持绿色发展的理念，车用涡轮增压器市场有望进一步发展。未来市场具备较大的增长潜力，消费市场呈现出分级趋势，同时服务消费领域竞争日趋激烈，技术融合升级也具备一定条件。

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论文来源：本文为湖北省教育厅科学研究计划项目《基于ANSYS CFX的车用涡轮增压器压气机涡管的优化设计》（编号：B2018267）的部分成果，雷汝婧为课题负责人，王钰斌为课题参与人

作者简介：王钰斌（1985—），男，汉族，河南柘城人，本科，讲师，汽车服务工程专业负责人，研究方向：汽车后市场及汽车服务工程。