解讀汽車增壓系統(tǒng)下渦輪與機械增壓

渦輪增壓篇

上篇文章講過，渦輪增壓以廢氣為動力帶動兩個渦輪為發(fā)動機提供更多的空氣，或者我不說你也知道。但是渦輪增壓這種形式又有什么樣的特點亮點優(yōu)點缺點呢？往下看。充分壓榨發(fā)動機動力

提到發(fā)動機提升動力，首先想到的就是渦輪增壓。沒錯，這是最常見的形式。加一個渦輪，民用車上的渦輪可以將進氣壓力提升至0.5-1bar，將動力大幅度甚至成倍的提升，這個誘惑力很大。而賽車上的渦輪增壓值則更高，可以幾倍提升原始排量發(fā)動機的動力。一定程度的節(jié)油功效

而渦輪增壓最大亮點即是將尾氣動力充分利用，在做功行程之后，發(fā)動機排出的尾氣仍有一定動能和熱量，直接排出未免有些浪費，渦輪增壓器正好可以吸收這部分能量，以彌補進氣時的“泵氣損失”。而且尾氣在經(jīng)過渦輪之后，溫度會有一定幅度下降，這不單純是將內(nèi)能傳遞給渦輪，很大程度是將內(nèi)能向動能轉(zhuǎn)化的過程。這就進一步利用了燃油產(chǎn)生的能量，優(yōu)化了能耗。性格有點分裂

渦輪增壓發(fā)動機上，渦輪不是始終運轉(zhuǎn)的，在低速時，渦輪不介入，相當于相同排量的自然吸氣發(fā)動機（甚至更低一些，因為壓縮比降低了）。而在1500-2000轉(zhuǎn)速時介入，強大扭矩隨即輸出，所以在2000-3000轉(zhuǎn)時就會得到最大扭矩，相當于排量增加，此時發(fā)動機就會很“有勁兒”，不用深踩油門，超車和加速依然也可以很容易，而且因為此時轉(zhuǎn)速并不高，活塞往復次數(shù)也不多，摩擦降低，油耗自然表現(xiàn)優(yōu)異。而渦輪增壓的節(jié)油效果不僅于此，在渦輪不介入時的低轉(zhuǎn)速下，發(fā)動機處于相對較低的功率，這在怠速運轉(zhuǎn)，低速起步和中速巡航時，相當于一臺小排量發(fā)動機，油耗自然可以控制了。小脾氣與大問題

正因為渦輪不是一直在工作，所以有無渦輪，發(fā)動機是兩個性格的，尤其是在低轉(zhuǎn)速加速時，不會立即得到最大動力，而是經(jīng)過短暫的轉(zhuǎn)速提升后，渦輪介入，動力陡增，顯得很突兀，讓人覺得不是很舒服，這就是渦輪增壓發(fā)動機的一大通病——“渦輪遲滯”，這在早期渦輪增壓發(fā)動機，以及采用了大號渦輪的賽車、改裝車上非常明顯。

而且渦輪增壓器的工作環(huán)境可以用水深火熱來形容。發(fā)動機排出的尾氣有700-900℃，不假思索，全部吹到渦輪上，而另一端壓氣渦輪那邊也不容樂觀，每分鐘十幾萬甚至更高的轉(zhuǎn)速的渦輪強烈攪動空氣，除將空氣壓縮而產(chǎn)生的熱量之外，空氣摩擦產(chǎn)生的熱也不容小覷，加上另一邊廢氣的熱量，整個渦輪的溫度都非常高，而且因為這種六位數(shù)的轉(zhuǎn)速，渦輪軸承不同于一般滾珠軸承而采用在潤滑油中浮動的行駛，如果沒有良好的散熱和潤滑，這只渦輪很快就會掛掉，并且因為早期渦輪油封不夠理想而燒機油。這些諸多因素都影響了渦輪增壓在當年的口碑，這就是是為什么渦輪增壓車型要用高級別的機油，為什么早期車型在冷啟動和停車時要低速運轉(zhuǎn)的原因，也是很多人覺得渦輪增壓“傷不起”的原因了。不要太過緊張

其實當前的渦輪增壓發(fā)動機已經(jīng)沒有那么“矯情”了，汽車工程師絞盡腦汁想盡一切解決的方法，VGT可變渦輪截面技術、小慣量渦輪的使用，讓這種感覺不再明顯，停車冷卻循環(huán)，更高級別的加工工藝等，讓這些常見的弊病都已經(jīng)大為改觀。渦輪增壓已經(jīng)完全適應了這個社會，而不是孤傲的杵在風口浪尖了。機械增壓篇

同渦輪增壓一樣，機械增壓也是通過增加發(fā)動機的進氣量而提升引擎的動力。不過沒有渦輪增壓那么暴躁，是一種很穩(wěn)健的力量。壓榨歸壓榨，但合作親密無間

機械增壓的壓氣機直接取自發(fā)動機的動力，也就是說只要發(fā)動機一啟動，機械增壓就在運轉(zhuǎn)，只要車輛開始前進，驅(qū)動車輛的就是已經(jīng)被機械增壓增強了的動力，此時的發(fā)動機，相當于擴大了排量，在低速時，機械增壓比渦輪增壓有更好的表現(xiàn)。

而且動力提升幅度，是和節(jié)氣門的開度同步的，不會像渦輪增壓一樣，有個明顯的發(fā)力點。這就可以通過油門精確的控制車速，在操控表現(xiàn)上機械增壓更占優(yōu)勢。

不溫不火，悠然自得

由于機械增壓器沒有排氣的事兒，所以工作環(huán)境溫度不高，也因為沒有高速渦輪形成的擾流，增壓后的空氣溫度也不高。而且壓氣機最高轉(zhuǎn)速“僅”為20000-30000轉(zhuǎn)，且沒有太高的溫度，所以對潤滑和冷卻也沒有太高的要求，工況也就更穩(wěn)定。

不過機械增壓是要消耗引擎動力的，所以從這方面看，經(jīng)濟性略低一些。而且單級壓氣機增壓幅度有限，在高轉(zhuǎn)速時增壓的難度幾何增加，形成瓶頸。一般機械增壓器增壓幅度在0.6-1.2bar左右，最高不過1.5bar，而渦輪增壓很容易達到1.5bar。但這不算什么問題，使用機械增壓的民用車型往往都突出平順性而對動力的提升沒有過分的要求，1bar的增壓已經(jīng)足足夠夠了，很多車型都在0.5左右，而且機械增壓只不過是為了改善進氣環(huán)境充分發(fā)揮發(fā)動機性能而已。雖然浪費一些動力，但是讓動力提前輸出也可以將功補過，平衡油耗。

機械增壓家族哥仨

機械增壓器的壓氣機有羅茨、雙螺桿和離心式三種形式，其中離心式壓氣機造型和原理非常類似半個渦輪增壓器，除了實時響應之外其他效果與渦輪增壓無疑，接下來著重介紹羅茨與雙螺桿壓氣機的異同。

早年間機械增壓器使用的是羅茨鼓風機，采用容積泵結(jié)構(gòu)設計作為壓氣形式。身形重，噪聲高是它的一大特點，所以只用在大型柴油機，以及追求起步加速的0-400加速比賽上。

后來誕生了雙螺桿結(jié)構(gòu)的壓氣機，較小的造型和噪音使其成為機械增壓陣營中的新生力量，良好的密閉性和內(nèi)部壓縮特點使其性能表現(xiàn)優(yōu)異，但較為精細的結(jié)構(gòu)，和運行時的摩擦也制約了雙螺桿式機械增壓的發(fā)展。

目前的壓氣機大有將羅茨式與雙螺桿式統(tǒng)一的趨勢，羅茨壓氣機的轉(zhuǎn)子采用了雙螺桿的式樣，讓氣流更平緩一些（相當于之前介紹的直齒齒輪和斜齒齒輪的區(qū)別），雙螺桿壓氣機也采用了羅茨式的同步運轉(zhuǎn)方式，降低直接接觸帶來的摩擦。但兩者仍有區(qū)別。

羅茨壓氣機的氣流是由上部進入，然后流入缸壁和轉(zhuǎn)子下方組成的相對密閉的氣室，兩個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并減小氣室空間，將空氣向下擠出。這個過程中，氣室內(nèi)壓力與壓氣機后方一致，故屬于外壓縮方式，有時會因氣壓的波動引起喘振，并因為兩個轉(zhuǎn)子并不是緊密結(jié)合，壓氣效率不高。

而雙螺桿壓氣機的空氣是進入兩個螺桿軸與缸壁密封的空間后，隨著兩個螺桿的嚙合（非直接接觸但縫隙極?。?，空間逐漸減小，當壓縮到一定程度時，由另一側(cè)的出口排出，這個過程中，空氣已經(jīng)明顯壓縮，所以屬于內(nèi)壓縮方式，氣流在排出時更為順暢。

目前大部分機械增壓車型多為羅茨式壓氣機，而部分高性能車及改裝零件廠商則傾向雙螺桿壓氣機。

伊頓TVS機械增壓器轉(zhuǎn)子，雖為雙螺旋式樣，但仍為羅茨結(jié)構(gòu)

雙螺桿機械增壓器，兩個轉(zhuǎn)子嚙合非常緊密別忘了兩個功臣泄氣閥

為了不讓增壓器的壓力過大而造成發(fā)動機的失控，必須有一個部件來限制最大壓力，這就是泄氣閥，目前的泄氣閥可以通過ECU的信號來調(diào)節(jié)增壓值。而在渦輪增壓車型上，泄氣閥還兼顧另外的作用，當發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速時收油，此時節(jié)氣門開度變小，但渦輪因為慣性不能立即停止因而繼續(xù)向發(fā)動機輸入高壓空氣，如果不將這種情況加以控制，會損害渦輪和發(fā)動機，所以必須將此時產(chǎn)生的增壓效果予以疏散，這就是泄氣閥在渦輪增壓發(fā)動機上的必要性。

左下方圓柱形裝置及連桿即泄氣閥中冷器

由理想氣體定律得出，氣體在壓縮時內(nèi)能會增加，也就是溫度升高，而同樣氣壓下，氣體密度會因溫度升高而降低，所以將壓縮后的高溫氣體降溫，可以進一步的增加空氣流量，而中冷器的作用就是將空氣在進入氣缸前降溫，使發(fā)動機更多的吸入空氣，并避免爆燃。經(jīng)過機械增壓之后的空氣溫度可以達到100℃，經(jīng)過渦輪增壓之后的溫度就更高了，所以中冷器是個很有必要的部件。誰能跑過誰？

增壓，增加了很多動力，但是否可以大幅提升車速呢？我們分析下：

機械增壓從一開始就將動力放大，所以起步時機械增壓勝；

渦輪增壓一開始有點懶，但轉(zhuǎn)速足夠大時，暴躁的渦輪絕不示弱，憑著較高增壓值在中段扳回一局；

而自然吸氣就不行了嗎？當然不是。在轉(zhuǎn)速較高時，機械增壓的壓氣機的阻力會變大，變得很大，非常大，乃至要消耗1/4的動力，提升出來的動力此時也被自身消耗了；渦輪增壓也不容樂觀，雖然不需發(fā)動機的動力，但廢氣渦輪和扭曲的排氣線路大大增加了排氣壓力，一樣拖了后腿。而此時，自然吸氣發(fā)動機在此時沒有太大的負擔，終于笑到了最后。

當然，以上三種情況只是虛擬的場景并非絕對情況，但同樣功率的三種發(fā)動機確實有著上述的趨勢。不過正常情況下很少有人踩到紅線玩兒命跑，合理的使用扭矩區(qū)域，配以合適的檔位，老老實實的行駛才是真正的生活，這也是增壓裝置真正帶來的便利。美日歐車系使用增壓情況

曾經(jīng)很長一段時間，很多歐系車出于經(jīng)濟性的考慮，樂于使用渦輪增壓，典型代表即為大眾-奧迪、沃爾沃、薩博。其中薩博是渦輪增壓汽車的鼻祖，而大眾-奧迪則較早的讓國人體驗了渦輪增壓的喜怒哀樂。

美國人一直推崇大排量，對增壓不太感冒，即便是選擇，也更傾向直來直往的機械增壓。

日系車型有著島國特有的極端，民用車型使用五花八門的進氣技術卻偏偏不加增壓，準賽車和改裝界則重型渦輪大行其道，經(jīng)常將動力翻倍。

而目前的增壓形式已經(jīng)沒有“流派”的劃分，一向看重機械增壓的奔馳轉(zhuǎn)向渦輪，看重自然吸氣的寶馬在世界形勢下不免長嘆息，也玩兒起了渦輪，而每天都把渦輪掛在嘴邊恨不得叼著渦輪說話的大眾，最近卻將轉(zhuǎn)向機械增壓，并和寶馬渦輪增壓發(fā)動機一起獲得十佳發(fā)動機稱號。

奔馳曾經(jīng)是機械增壓的擁躉者

奔馳C級車尾，KOMP