解讀汽車增壓系統(tǒng)（下）渦輪與機(jī)械增壓

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購置稅優(yōu)惠 經(jīng)銷商報(bào)價(jià) 車主點(diǎn)評(píng)(2011條)

渦輪增壓和機(jī)械增壓是發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的兩種主要方式。不同的結(jié)構(gòu)類型使這兩款發(fā)動(dòng)機(jī)具有不同的個(gè)性。他們的工作原理有什么異同？詳細(xì)的分析將在下面的文章中給出。

渦輪增壓部分

就像上一篇文章提到的，渦輪增壓是利用廢氣作為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)渦輪，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供更多空的氣體，不然不用我告訴你。但是渦輪增壓的特點(diǎn)、亮點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)是什么？往下看。

充分?jǐn)D壓發(fā)動(dòng)機(jī)功率

說到發(fā)動(dòng)機(jī)助力，首先想到的就是渦輪增壓。是的，這是最常見的形式。增加一個(gè)渦輪，民用車上的渦輪可以將進(jìn)氣壓力提高到0.5-1bar，可以大幅度甚至成倍增加動(dòng)力，非常誘人。另一方面，賽車上的渦輪增壓值更高，可以將原排量發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提升數(shù)倍。

一定程度的節(jié)油效果

渦輪增壓最大的亮點(diǎn)就是充分利用廢氣的動(dòng)力。做功沖程后，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣仍有一定的動(dòng)能和熱量，直接排放是浪費(fèi)。渦輪增壓器可以吸收這些能量來彌補(bǔ)進(jìn)氣過程中的“泵氣損失”。而且，廢氣經(jīng)過渦輪后，溫度會(huì)有一定程度的下降，這不僅是一個(gè)將內(nèi)能傳遞給渦輪的過程，更是一個(gè)將內(nèi)能很大程度上轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程。這進(jìn)一步利用了燃料產(chǎn)生的能量并優(yōu)化了能量消耗。

性格上有點(diǎn)分裂

在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上，渦輪并不總是運(yùn)轉(zhuǎn)的。低速時(shí)，渦輪不介入，相當(dāng)于排量相同的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。在1500-2000 rpm時(shí)，會(huì)立即輸出強(qiáng)大的扭矩，因此在2000-3000 rpm時(shí)會(huì)獲得最大扭矩，這相當(dāng)于排量的增加。這時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)“精力充沛”，不用深踩油門超車和加速還是可以輕松的，而且因?yàn)榇藭r(shí)車速不高，活塞往復(fù)次數(shù)不多，摩擦力減小，油耗自然也就優(yōu)秀了。渦輪增壓的節(jié)油效果不僅如此，在不涉及渦輪的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)也處于相對(duì)較低的功率，相當(dāng)于小排量發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速、低速起步、中速巡航時(shí)，油耗自然可以控制。

小脾氣大問題

因?yàn)闇u輪一直不工作，不管有沒有渦輪，發(fā)動(dòng)機(jī)都有兩個(gè)特點(diǎn)，特別是低速加速時(shí)，不會(huì)馬上得到最大功率，但短暫提速后，渦輪介入，功率突然增大，讓人感覺不舒服。這是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)常見問題——“渦輪遲滯”，在早期的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中非常流行，在賽車和帶有大型渦輪的改裝汽車中也非常流行。

而且，渦輪增壓器的工作環(huán)境可以用熱水來形容。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣是700-900℃，不假思索地吹到渦輪上，另一端的壓氣機(jī)渦輪不容樂觀。速度超過每分鐘100，000甚至更高的渦輪機(jī)強(qiáng)烈攪動(dòng)空氣體。除了壓縮空氣體產(chǎn)生的熱量外，空氣體摩擦產(chǎn)生的熱量也不容小覷。而且由于這個(gè)六位數(shù)的速度，渦輪軸承不同于一般的滾珠軸承，漂浮在潤滑油中。如果沒有良好的散熱和潤滑，渦輪很快就會(huì)掛掉，早期渦輪的油封不理想，會(huì)燒油。當(dāng)年影響渦輪增壓器口碑的因素很多，這也是為什么渦輪增壓車型使用高檔油，為什么早期車型在冷啟動(dòng)和停車時(shí)低速行駛，為什么很多人認(rèn)為渦輪增壓器傷不起。

不要太緊張。

其實(shí)現(xiàn)在的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)不那么“矯情”了。汽車工程師絞盡腦汁想盡辦法解決這個(gè)問題。VGT變渦輪截面技術(shù)和小慣性渦輪的使用使這種感覺不再明顯。停車?yán)鋮s循環(huán)和更高級(jí)的處理技術(shù)大大改善了這些常見的缺點(diǎn)。渦輪增壓已經(jīng)完全適應(yīng)了這個(gè)社會(huì)，而不是孤傲的站在最前沿。

機(jī)械增壓章節(jié)

像渦輪增壓一樣，機(jī)械增壓也通過增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量來提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。但是，它沒有渦輪增壓器那么暴力，是一種非常穩(wěn)定的力量。

擠壓，擠壓，但緊密合作。

增壓壓縮機(jī)直接取自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)一啟動(dòng)，增壓壓縮機(jī)就在運(yùn)轉(zhuǎn)，只要車輛開始前進(jìn)，驅(qū)動(dòng)車輛的就是增壓壓縮機(jī)已經(jīng)增強(qiáng)的動(dòng)力。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)于擴(kuò)大了排量，在低速時(shí)，增壓壓縮機(jī)的性能比渦輪增壓壓縮機(jī)更好。

而且功率增加的幅度與節(jié)氣門開度同步，不會(huì)有渦輪增壓那樣明顯的受力點(diǎn)。這樣可以通過油門精確控制車速，機(jī)械增壓在控制性能上更占優(yōu)勢。

它不溫不火，無憂無慮。

因?yàn)樵鰤浩鳑]有排氣，工作環(huán)境溫度不高，又因?yàn)闆]有高速渦輪造成的紊流，增壓后空氣體溫度不高。而且壓縮機(jī)最高轉(zhuǎn)速“只有”20000-30000 rpm，沒有過高的溫度，所以對(duì)潤滑和冷卻沒有太高的要求，工況更穩(wěn)定。但是增壓消耗發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，所以從這方面來說，經(jīng)濟(jì)性略低。而且單級(jí)壓氣機(jī)增壓范圍有限，高轉(zhuǎn)速時(shí)增壓難度呈幾何級(jí)增長，形成瓶頸。增壓器的增壓范圍一般在0.6-1.2bar左右，但最大只有1.5bar，而渦輪增壓器很容易達(dá)到1.5bar，不過這不是問題。使用機(jī)械增壓的民用車型傾向于強(qiáng)調(diào)乘坐舒適性，而對(duì)動(dòng)力提升沒有過多要求。1bar的增壓就夠了，很多車型都在0.5左右，機(jī)械增壓只是為了改善進(jìn)氣環(huán)境，充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)性能。雖然浪費(fèi)了一些動(dòng)力，但是提前讓動(dòng)力輸出也可以補(bǔ)功，平衡油耗。

機(jī)械增壓系列

增壓器的壓縮機(jī)有三種:羅茨壓縮機(jī)、雙螺桿壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)。離心式壓縮機(jī)的形狀和原理與半渦輪增壓器非常相似。除了實(shí)時(shí)響應(yīng)，其他效果無疑與渦輪增壓相同。接下來，重點(diǎn)介紹羅茨壓縮機(jī)與雙螺桿壓縮機(jī)的異同。早年增壓器采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)，采用容積泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為氣壓形式。它的大尺寸和高噪音是它的主要特點(diǎn)，所以它只用于大型柴油機(jī)和0-400加速比賽的起步加速。

后來，雙螺桿壓縮機(jī)誕生了。其小巧的外形和噪音使其成為機(jī)械增壓陣營中的新生力量。其優(yōu)異的性能是由于其良好的氣密性和內(nèi)部壓縮特性。然而，其精細(xì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行摩擦也制約了雙螺桿機(jī)械增壓的發(fā)展。

目前，羅茨壓縮機(jī)和雙螺桿壓縮機(jī)有統(tǒng)一的大趨勢。羅茨壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子采用雙螺桿式，使氣流更加順暢。雙螺桿壓縮機(jī)還采用羅茨式同步運(yùn)行方式，減少直接接觸帶來的摩擦。但是他們之間還是有區(qū)別的。

羅茨壓縮機(jī)的氣流從上部進(jìn)入，然后流入由氣缸壁和轉(zhuǎn)子下部組成的相對(duì)封閉的氣室。兩個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，減小氣室空，然后空空氣被向下擠壓。在這個(gè)過程中，氣室中的壓力與壓縮機(jī)后部一致，因此屬于外壓縮方式，有時(shí)喘振是由氣壓波動(dòng)引起的，由于兩個(gè)轉(zhuǎn)子結(jié)合不緊密，壓縮效率不高。另一方面，雙螺桿壓縮機(jī)的空氣體進(jìn)入兩螺桿軸與氣缸壁之間的密封空空間，隨著兩螺桿的嚙合，空空間逐漸減小，壓縮到一定程度后從另一側(cè)的出口排出。在這個(gè)過程中，空

目前大部分增壓車都是羅茨壓縮機(jī)，而一些高性能車和改裝件廠商更喜歡雙螺桿壓縮機(jī)。

伊頓TVS增壓器的轉(zhuǎn)子是羅茨結(jié)構(gòu)，雖然是雙螺旋樣式。

雙螺桿增壓器，兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合非常緊密。

別忘了兩個(gè)英雄。

為了防止發(fā)動(dòng)機(jī)因增壓器壓力過大而失控，放氣閥必須有一個(gè)限制最大壓力的部件，這就是放氣閥。目前，空氣釋放閥可以通過電子控制單元的信號(hào)來調(diào)節(jié)增壓值。在渦輪增壓汽車上，排氣閥還考慮了其他功能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速受油時(shí)，此時(shí)節(jié)氣門開度變小，但渦輪由于慣性繼續(xù)向發(fā)動(dòng)機(jī)輸入高壓空氣體。如果這種情況得不到控制，會(huì)損壞渦輪和發(fā)動(dòng)機(jī)，所以此時(shí)產(chǎn)生的增壓效果必須排空，這就是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上放氣閥的必要性。

左下圓柱形裝置和連桿，即放氣閥。

根據(jù)理想氣體定律，氣體在壓縮時(shí)內(nèi)能會(huì)增加，即溫度會(huì)升高，而在相同氣壓下，由于溫度升高，氣體密度會(huì)降低。因此，冷卻壓縮后的高溫氣體可以進(jìn)一步增加空氣體流量，中冷器的作用是在氣體進(jìn)入氣缸前對(duì)空進(jìn)行冷卻，使發(fā)動(dòng)機(jī)吸收更多的空。機(jī)械增壓后空氣體的溫度可以達(dá)到100℃，渦輪增壓后的溫度更高，所以中冷器是必不可少的部件。

誰能跑過誰？

增壓增加了很多動(dòng)力，但能大幅度提高速度嗎？我們來分析一下:

機(jī)械增壓一開始就放大了動(dòng)力，所以機(jī)械增壓一開始就贏了；

渦輪增壓剛開始有點(diǎn)懶，但當(dāng)轉(zhuǎn)速足夠高的時(shí)候，暴躁的渦輪從不示弱，用更高的渦輪增壓值在中間扳回一局。

而自然吸入就不管用了？當(dāng)然不是。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，增壓壓縮機(jī)的阻力會(huì)越來越大，甚至消耗1/4的功率。此時(shí)，升壓后的功率也自行消耗。渦輪增壓也不容樂觀。雖然不需要發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，但廢氣渦輪和扭曲的排氣管線大大增加了排氣壓力，這與阻力相同。這個(gè)時(shí)候自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)這個(gè)時(shí)候沒有太大的負(fù)擔(dān)，終于笑到了最后。

當(dāng)然，以上三種情況只是虛擬場景，并不是絕對(duì)情況，但同樣動(dòng)力的三款發(fā)動(dòng)機(jī)確實(shí)有上述趨勢。但是正常情況下，很少有人踩紅線玩命，合理使用扭矩區(qū)域，匹配合適的檔位，老老實(shí)實(shí)開車才是真正的生活，這也是增壓裝置帶來的真正便利。

增壓在美國、日本和歐洲汽車中的應(yīng)用

長期以來，歐洲很多車因?yàn)榻?jīng)濟(jì)原因愿意使用渦輪增壓，典型代表就是大眾-奧迪、沃爾沃、薩博。薩博是渦輪增壓汽車的鼻祖，而大眾-奧迪則讓人們更早體驗(yàn)到了渦輪增壓汽車的喜怒哀樂。

美國人一直推崇大排量，對(duì)增壓不太上心。即使他們選擇，他們也更喜歡直接機(jī)械增壓。

日系車有島國特有的極端，而民用車則采用各種不增壓的進(jìn)氣技術(shù)，而準(zhǔn)賽車和改裝行業(yè)則流行重型渦輪，動(dòng)力往往翻倍。

目前沒有增壓的“流派”劃分。一向重視增壓的奔馳，轉(zhuǎn)向渦輪。重視自然吸氣的寶馬，在世界形勢下忍不住嘆氣，玩渦輪。但是天天談渦輪的人最近會(huì)轉(zhuǎn)向增壓，和寶馬渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)一起獲得了十佳發(fā)動(dòng)機(jī)的稱號(hào)。

奔馳曾經(jīng)是增壓的粉絲，奔馳C級(jí)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）后端，KOMPRESSOR是增壓的德語翻譯，目前廣泛裝備的CGI發(fā)動(dòng)機(jī)全部采用渦輪增壓。

寶馬也進(jìn)入了渦輪時(shí)代。

如今，大眾-奧迪正在追求增壓。

所以不能說增壓形式更好，不同的定位會(huì)有不同的選擇。但是，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛中所占比例的增加確實(shí)客觀存在。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的微妙問題得到了緩解或治愈，用戶不必對(duì)此感到恐慌。畢竟，現(xiàn)在很少有人會(huì)抱怨渦輪增壓器的問題。