帶你認(rèn)識增壓發(fā)動機(jī)(1)：增壓器的由來

　　[太平洋汽車網(wǎng) 導(dǎo)購頻道]關(guān)心汽車技術(shù)的朋友都知道，增壓發(fā)動機(jī)已經(jīng)毫無疑問地成為了各大廠商研發(fā)的重點技術(shù)，在未來一段時間內(nèi)將主導(dǎo)發(fā)動機(jī)研發(fā)的方向。對于增壓發(fā)動機(jī)，群眾的觀點還是很對立的，支持和反對的理由都很多。為此，我們將會推出一個系列文章，詳細(xì)介紹增壓發(fā)動機(jī)。（本系列主要針對汽油發(fā)動機(jī)，柴油發(fā)動機(jī)采用增壓技術(shù)是最常見不過的）

　　自然吸氣發(fā)動機(jī)從來都沒有吃飽過

　　大家都知道F1比賽是全球最高規(guī)格的賽事，目前使用的是2.4升V8自然吸氣引擎。不過其實早在1977年，雷諾車隊就引入了渦輪增壓引擎，F(xiàn)1從此出現(xiàn)了渦輪增壓式與自然進(jìn)氣式發(fā)動機(jī)并存爭霸的局面，后因渦輪增壓馬力太大，被國際汽聯(lián)在1989年停用，以自然吸氣引擎取代。以上例子就是最對增壓發(fā)動機(jī)最直接的理解，其作用就是增加馬力。

F1的技術(shù)永遠(yuǎn)都是代表著汽車工業(yè)未來的發(fā)展方向

　　其實增壓不僅僅存在于我們的汽車發(fā)動機(jī)，在航空發(fā)動機(jī)中，增壓更為重要。因為飛機(jī)在高空飛行的時候，空氣稀薄，發(fā)動機(jī)吸入的空氣量不足以產(chǎn)生足夠的功率，因此在很多古老的活塞式發(fā)動機(jī)的飛機(jī)上也會裝有增壓器。航空發(fā)動機(jī)的增壓器早在一戰(zhàn)期間就應(yīng)用于飛機(jī)上，當(dāng)時采用的是機(jī)械式增壓器，這使得當(dāng)時的航空發(fā)動機(jī)能夠盡可能的輕量化。

　　現(xiàn)代我們最常見的大型噴氣飛機(jī)就更不用說了，增壓器是必須的。以噴氣客機(jī)使用的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)為例，巨大的進(jìn)口風(fēng)扇里面就是壓氣機(jī)(相當(dāng)于增壓器)。空氣經(jīng)過層層壓縮，最終被送到燃燒室的空氣壓力和密度極大，從而在燃燒后爆發(fā)出巨大的能量。

　　或許有網(wǎng)友已經(jīng)開始坐不住了，我們在談汽車，你跟我提飛機(jī)干嘛?其實這兩者是很相似的。飛機(jī)需要增壓是因為吃不飽，汽車發(fā)動機(jī)需要增壓同樣是因為吃不飽。我們知道汽車發(fā)動機(jī)需要將空氣吸到氣缸里面，壓縮后燃燒，但問題是發(fā)動機(jī)真能吸滿一氣缸的新鮮空氣嗎?事實上是不可能的。

　　首先是空氣濾清器的阻力。發(fā)動機(jī)的空氣濾清器就好比我們戴上一個口罩，呼吸的時候自然難受了不少，吸入的空氣自然也沒有那么多了。此外就是油門。所謂的油門就是橫在進(jìn)氣管的一塊板，這塊板被稱為“節(jié)氣門”板張開的角度越大，允許通過的空氣就越多。不過由于這塊“板”本身就占據(jù)了進(jìn)氣管的一定面積，因此即使開度再大也有不少損失。所有這些因素加起來導(dǎo)致發(fā)動機(jī)能夠吸入空氣的實際比例只有氣缸實際容量的7-8成，也就是說自然吸氣發(fā)動機(jī)一直都沒有吃飽。

　　汽油機(jī)對油門的控制是通過“節(jié)氣門”控制進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣量，從而控制發(fā)動機(jī)功率輸出的。由于這個“節(jié)氣門”增加了進(jìn)氣阻力而且產(chǎn)生了負(fù)壓，讓發(fā)動機(jī)始終不能吸飽氧氣，同時還因為吸氣阻力而消耗了一部分功率。

　　因為自然吸氣發(fā)動機(jī)一直不能吃飽，所以增壓也就很自然地被工程師想到用來挖掘發(fā)動機(jī)的潛力。從這個角度上來說，增壓并不是硬往氣缸里塞空氣，只不過是幫助發(fā)動機(jī)充分發(fā)揮其能力而已。

　　增壓有什么好處

　　增壓首先的好處就是解決了自然吸氣發(fā)動機(jī)本身固有的缺陷——永遠(yuǎn)吃不飽。因此，在相同的排量下，增壓發(fā)動機(jī)能夠發(fā)出更大的功率，滿足更多的需要。這是從功率輸出的角度上說的。

　　反過來說，就是可以用更小排量，更輕的發(fā)動機(jī)代替以往更大排量發(fā)動機(jī)才能做到的工作，由于更小的發(fā)動機(jī)各種摩擦面積小，重量輕，本身運轉(zhuǎn)起來消耗的能量自然就少，效率也就提高了，完全順應(yīng)了當(dāng)下節(jié)能環(huán)保的潮流。在之前我們給大家介紹的《2011國際最佳發(fā)動機(jī) 8款獲獎引擎點評》里面就提到，菲亞特的0.8升雙缸渦輪增壓發(fā)動機(jī)獲得了4個大獎里面的3個，氣勢一時無量。

　　這款發(fā)動機(jī)剛好完全解決了以上提到的自然吸氣吃不飽的問題。除了渦輪增壓外，這款發(fā)動機(jī)還取消了“節(jié)氣門”，進(jìn)氣量的多少完全用電子控制的氣門來控制。加上只有2個氣缸，體積極為緊湊輕巧，效率自然就大大提高。

　　上文提到過，國際汽聯(lián)在1989年停用渦輪增壓發(fā)動機(jī)，是因為功率過大。不過有意思的是，2010年12月10日,國際汽聯(lián)審議并通過了F1從2013年開始，使用1.6升的4缸渦輪增壓發(fā)動機(jī)，取代當(dāng)前的2.4升自然吸氣V8發(fā)動機(jī)的新規(guī)則。

　　新規(guī)則稱：各支車隊使用直列4缸1.6升渦輪增壓發(fā)動機(jī)取代現(xiàn)有2.4升V8發(fā)動機(jī)，最大輸出功率限定仍為750馬力，峰值轉(zhuǎn)速從現(xiàn)有的18000轉(zhuǎn)/分降低到12000轉(zhuǎn)/分，在維持當(dāng)前動力輸出水平的情上況下，增加動能回收裝置，將燃油消耗降低35%。

　　國際汽聯(lián)規(guī)定的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大幅下降了1/3，排量減少但功率依然不變，這種情況其實在民用車上早已看到。例如上一代寶馬M5使用的自然吸氣發(fā)動機(jī)峰值轉(zhuǎn)速都超過8000轉(zhuǎn)，而新一代M5采用的渦輪增壓發(fā)動機(jī)峰值轉(zhuǎn)速下降到7000轉(zhuǎn)，馬力更大還更節(jié)油。以往自然吸氣發(fā)動機(jī)的最大扭矩需要在很高的轉(zhuǎn)速上才能出現(xiàn)，而現(xiàn)在的渦輪增壓機(jī)器在1000多轉(zhuǎn)的時候就能悉數(shù)發(fā)出，并且能在很寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)維持。更低的最大功率轉(zhuǎn)速、更低的最大扭矩輸出轉(zhuǎn)速，意味著增壓機(jī)器能夠減少因為高轉(zhuǎn)速帶來的摩擦損失，效率進(jìn)一步提升。

　　增壓的壞處

　　既然增壓有這么多好處，早期的發(fā)動機(jī)都干什么去了，現(xiàn)在才想起來要增壓?

　　其實早在1909年，瑞典人Alfred Buchi博士就提出采用廢氣渦輪增壓，后來首先被用在柴油發(fā)動機(jī)和航空發(fā)動機(jī)上。1977年，瑞典的薩博公司生產(chǎn)出第一款薩博93，是第一家將渦輪增壓運用到汽車發(fā)動機(jī)上的廠商。不過當(dāng)時的增壓發(fā)動機(jī)不但造價昂貴，而且還有不少使用上的問題，因此難以大規(guī)模推廣。

　　首先由于發(fā)動機(jī)燃燒壓力增大，排氣溫度高，對缸體結(jié)構(gòu)和耐熱材料要求更高。

增壓發(fā)動機(jī)對材料要求極高

　　空氣被壓縮后溫度會升高，這是我們一般人都知道的常識。對于增壓發(fā)動機(jī)來說，被加壓的空氣溫度會急升70-100度，被燃燒后的排放溫度也會更高，高溫導(dǎo)致機(jī)件失效和耐用性急劇下降，早期材料則難以解決這個問題。此次是噪音，增壓器都有高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子速度從幾千到十幾萬都有，高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生很大的噪音。

　　事實上，以上種種的缺點僅僅是所有增壓發(fā)動機(jī)的共同點。對于不同類型的增壓發(fā)動機(jī)，例如我們熟悉的渦輪增壓和機(jī)械增壓，由于結(jié)構(gòu)和原理完全不一樣，他們所產(chǎn)生的問題也完全不同。不同的結(jié)構(gòu)和形式具有完全不同的特點，這些我們將會在后面的文章中講述。