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纵观汽车市场,所有厂家都在朝涡轮增压这个大趋势发展,而很多车主也认为车屁股上带个“T”,逼格就会显得更高一些。是的,增压无疑是令人激动的。将小排量引擎加以增压器之后,动力会有非常明显的提升,而且还会在油耗上更具优势。而增压对发动机有怎样的促进作用?机械增压、涡轮增压,有什么样的异同呢?今天小编就带大家深入发掘涡轮增压和机械增压的内在故事。

增压是为了让发动机更努力工作,所以必须充分增大进气量从而更有效的压缩进气。

拿一部 2.0升四缸发动机举例,曲轴每转一圈会有两个气缸进气,也就是 1升。在每分钟 3000转时,就需要进气 3立方米,每秒 50升,相当于 2.7个纯净水大桶的容积。这仅仅是2.0发动机在 3000转时的理论进气量,更大排量,更高转速下,流量会更大。进入气缸的空气,无论是采用任何进气形式、增压或非增压,其进入气缸的空气体积是恒定的,但这些气流要通过管径只有杯子口那么大的进气管道,并被一个刻薄的节气门限制,在进入气缸之前还要经过进气门一关,所以真正进入汽缸的空气速率,就没有那么高了。

核心在于,既然体积恒定,那么如何让这个恒定体积内,进入更多空气,这就需要压缩空气。因此,一种相对简单且高效的方式——增压技术,广泛运用于发动机上。刚才讲过,自然吸气发动机进气是相对顺畅的,那么再用一个增压器,把空气“打”到汽缸里,其结果自然更让人满意。

「增压对发动机的影响」

在进气压力升高之后,输入气缸的空气自然增加了一些,与空气混合的燃油自然也就增加了。所以相比自然吸气发动机,在基本不改变气缸容积的情况下,增加一个增压器,功率输出就可以升高至 1.5倍非增压发动机的水平,而且扭矩也相应升高并且较早输出且可以形成“高原型”的“扭矩平台”,这要比增加排量实惠得多,而且因为发动机的重量没有增加太多,操控性也得以保证。

但是,因为进气量增加了,所以在压缩行程结束时,增压发动机的缸内压力要高出非增压发动机很多,这就等同于“压缩比”升高了,这对发动机的工况有很大的影响。所以同平台的发动机,在加装增压器之后,压缩比要调教的低一些。

但是在今天几乎不可能同时有自吸和增压款发动机,对于涡轮增压发动机,有可能会有高功率和低功率的情况。譬如:宝马N20B20的高低功率版本,会出现高功率机器与低功率机器的缸径/行程不相同的情况。但是现在随着技术发展与厂家对于成本的控制,几乎所有同平台发动机都会采用完全相同的缸体设计(现在宝马B48系列发动机已经统一了缸径/行程)。

「涡轮增压」

涡轮增压是目前最常见的一种增压型式,其原理是用利用发动机尾气的动能和内能,推动一个涡轮,并将与该涡轮相连的另一个涡轮,将空气压缩,吹入发动机气缸。涡轮增压则是利用引擎的废气排放来驱动压缩机。

最早的增压器全部都是机械增压,在刚发明时被称超级增压器(Supercharge),后来涡轮增压发明之后为了区隔两者,涡轮增压器被称为Turbo Supercharger,机械增压则被称为Mechanical Supercharger,久而久之,两者就分别被简化为Turbocharger与Supercharger。

「涡轮增压原理」

原理利用发动机运转时所排出来的废气,用废气来转动涡轮增压器中的排气侧转子,而排气侧转子与进气侧转子是同轴异室,当涡轮增压器排气侧转子达到一定转速时(约12000rpm左右)它带动另一侧的进气侧转子,使进气侧转子引进外来的新鲜空气,经过压缩倒入进气歧管内,因此涡轮增压发动机的进气是非自然方式,是经过"吸进来,再压缩"所以空气压力是大于大气压力的。

涡轮增压由于是超高转速地运转轴承,随之而来的高温排除或增压过度的泄压就是关键。而过高的增压对发动机的压缩行程与动力(爆炸)行程发生时会造成伤害,所以,有机械式地用空气压力作为开关或电子式地用计算机直接控制泄放压力的动作。

「机械增压究竟是什么东西?」

原理很简单,就相当于一个鼓风机,通过发动机带动皮带,带动这个鼓风机,发动机吸进了经过压缩的空气之后,并会喷更多的油,达到提供动力的效果。

一般来说,发动机一启动,增压器就已经是工作状态,这样自然就没有涡轮增压的涡轮迟滞现象,动力输出的反应更迅速,也不会有涡轮增压低扭不足的情况发生。此类增压器是以不增加引擎排气量为前提,使动力轮输出提升的方法。是直接利用引擎出力来驱动增压器,再将高密度空气送入汽缸内以提高引擎的输出功率。与涡轮增压不同,机械增压的气泵不是利用汽车尾气推动,而是直接使用发动机的动力,带动压气机,输出空气。

「机械增压原理」

压缩机的驱动力来自发动机的曲轴,一般都是利用皮带连接曲轴皮带轮,间接将曲轴运转的扭力带动增压器,达到增压目的。

罗式增压器

罗式增压器有双叶与三叶转子两种型式,目前以双叶转子较普遍,其构造是在椭圆形的壳体中装两个茧形的转子,转子之间保有极小的间隙而不直接相连,藉由螺旋齿轮连动,其中一个转子的转轴与驱动的皮带轮连结,转子转轴的皮带轮上装有电磁离合器,在不需要增压时即放开离合器以停止增压,离合器则由计算机控制以达到省油的目的。

机械增压的特征,除了在低转速便可获得增压外,增压的动力输出也与曲轴转速成正比,即机械增压引擎随着转速的提高,增压器输出随之增强,因此机械增压引擎的操作感觉与自然吸气极为相似,却能拥有较大的马力与扭力。

「涡轮增压和机械增压两者的区别」

机械增压是利用发动机本身的动力,来带动一个压气机,进行增压。增压器会消耗发动机的动力,它的转速随发动机转速而改变,不会出现增压滞后的情况,发动机低速运转时效果极好,但它受发动机转速限制,发动机在高速状态下它会增压不足。

涡轮增压是利用发动机产生的废气推动排气管中的涡扇带动进气管中的涡扇转动,进行间接增压,不消耗发动机的动力。涡轮增压器转速极高,所增压力也比机械增压器高数倍。但由于涡扇有惯性,中间轴承也有相当大的阻力,废气突然增多时涡扇转速不会再同时提高,这也就是涡轮迟滞。

无论那种增压方式,增压后的空气都要送到中冷器(intercooler)去降温(增压等于对空气做功,气压增加到1bar的时候温度会升到80度左右,温度上升后空气体积会增加,同体积时进入燃烧室的空气质量减少,对增压不利,所以要用中冷器进行冷却),过高的气压会在泄压阀(Blow-off Wastegate)放掉,所以有时我们可以听到涡轮增压车子上有“吱吱”的泄气声,增压后的空气最终再送入燃烧室。

「涡轮增压VS机械增压」

两种增压方式各有好处也各有缺点,以涡轮增压来说,理论上,是要气缸本体当初设计时,气缸壁够厚、耐得住压力,只要增加涡轮增压器本体的尺寸和数量,增压力道几乎可以无限制增加。最有名的例子,就是当年HONDA车厂提供给麦凯伦一级方程式车队的涡轮增压引擎,排气量不过才1500毫升,但马力输出可以高达吓死人的1500匹!

而法拉力车队的舒马赫所拥有的著名bugattieb110超级跑车,排气量3.5升,但这具V12的心脏,由四颗涡轮转子串联。马力输出也可高达560匹。

不过凡事有利就有弊,靠涡轮增压增加动力输出虽然轻而易举,但伴随着增压所产生的高热必须妥善处理,高热会影响两部分,一个是负责直接冷却和润滑的机油,它会因为受到高热而快速氧化。

因此涡轮增压引擎必须选用耐高温、抗氧化好的优质机油,而且机油更换周期会相应缩短,才不容易产生氧化物。通常车厂的对应之道是通过加装机油冷却器,来避免油温过高、提早结束机油的使用寿命,这就是为什么设计的精密一些的涡轮增压车,除了机油压力表外还会有一个机油温度表。好让车主随时注意机油的情况。

另外一个受高温影响的是冷却系统,在进气部分。为了增加进气的含氧量,涡轮增压车大多会增加进气冷却器(Inter-Cooler)的方式,来降低压缩空气的温度,冷却水箱、节温器也会适当加大、提高散热效率,所以近年来已经很少听说涡轮增压引擎有散热不良的情况了。

不过在使用和保养上涡轮增压引擎还是有一些小技巧的,例如接近目的地时尽量不要拉高转速让涡轮工作。停车前至少让引擎怠速一分钟,别让涡轮转子在无机油的状况下运转过久,这些对保持良好的车况有很大帮助。

相对于涡轮增压车,机械增压车就简单许多,原则上只要引擎在运转,机械增压就自然而然的产生,引擎转速越高加压力度就越大,好处就是没有涡轮增压所产生的那种迟滞现象,加速感受相当线性化,与自然吸气引擎差别不大,但缺点是机械增压器靠皮带带动,驱动力还是引擎,因此不利于油耗表现。

车厂为了改善此现象,并且让增压力道能在最需要时发挥作用,加装电磁阀和离合器,也让增压器在特定的转速以上时离合器才开始接合、拖动机械增压器,但如此一来多少会有如涡轮增压器的迟滞感。

凡此种种都需要经年月积累,才能摸出门道和细节掌控的地方,也正是因此越是没有把握的项目,车厂就越不喜欢触及,免得不小心砸了招牌,久而久之,涡轮增压与机械增压的流派也就自然产生。

涡轮增压车型确实是大趋势,是发动机发展的大势所趋。但是并不意味着其他类型的发动机就会逐渐没落或者淘汰,因为不同的消费者的喜好不一样,有些人就喜欢高转自然吸气发动机带来的那种很线性的动力的感觉,并且情有独钟,有些人则热衷于涡轮增压车型那种泄压阀带来的“呲呲”声音,两个阵营的发动机都有着自己的拥趸,各取所需,各选其爱才是正确的购车理念。


不同的定位会有不同的选择, 所以涡轮增压、机械增压就像保罗和多姆一样!谁都是主角,都有着自己的粉丝。所以,你呢?更喜欢那个?

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