汽车发动机的增压形式有很多,为何只有涡轮增压成为主角?

内燃机上百年的发展历程中,的确出现了很多种增压方式,比如惯性增压、气波增压、压缩机增压(机械增压)、废气涡轮增压,这四类就是传统的增压方式,惯性增压、气波增压,由于增压效果有限,所以逐渐被淘汰,有些会安装在一些价值较低的汽油机上(非汽车用),而咱们耳熟能详的两类增压系统就是后两者,也就是机械增压、废气涡轮增压!

随着近年来,各类排放、油耗规则的出台,大排量机型越发少见,所以机械增压受到了很大的制约;与涡轮增压相进行比较,机械增压的运行方式存在差异、功率提升存在差异、成本方面也存在差异;机械增压方式属于典型的潜力小、成本高、能量利用率低的方式,所以现如今它才会逐渐的淘汰;与已经成熟的涡轮增压相比较,机械增压短版太多、对排量的依赖又太大!

涡轮增压、机械增压的工作方式

废气涡轮增压,顾名思义、推动增压系统工作的是废气,也就是燃烧后的无用产物,这些废气带着高温、而高温就是能量(热能),利用这些高温气体通过增压器产生膨胀,来实现能量的转换;简单点说,废气所携带的热量被发动机所利用,所以涡轮增压更容易促进燃油经济性的提高,因为废气热量、再帮助发动机做功;只要发动机还在运转、废气就是取之而不竭的,所以废气涡轮可以从容实现高增压、甚至超高增压,即便排量不大!

机械增压、如上图所示,利用发动机曲轴的旋转来完成自身的运转,因为从曲轴处取力来维持自身的运转,所以会消耗掉一部分发动机的功率(这一点就与涡轮增压不同了,涡轮增压器无论怎么转,不会消耗发动机功率),转速越高、消耗发动机的功率越大,转速高的一定程度,提升功率、消耗功率达到平衡,此时在继续拉高正压器转速,就会对发动机功率输出造成影响(此时已成害),所以此时转子轴皮带轮上的电磁离合器就会选择分离,来限制增压,防止对发动机功率、油耗造成影响!

机械增压器由于会消耗发动机功率,所以注定了它的转速不会太高,最高不过两万转,不及涡轮增压的十分之一,因为涡轮增压系统转速可以轻而易举的达到20万转,所以从增压的收益上看,涡轮增压完胜;机械增压最大压比仅仅是做到2.3Bar(出口压力),仅仅算作中度增压,而涡轮增压则可以轻松实现2.5-3.5的高增压、甚至超过3.5Bar的超高增压;增益潜力巨大、不是机械增压能比的,这就是为什么法拉利放弃自然吸气、走向增压,做涡轮、而不做机械增压的原因!

机械增压、涡轮增压的成本比较

首先要说一点,机械增压器全世界就那么几个做的,产量小、用的少、所需附件及多,而且需要针对机型去开发,所以导致机械增压器的成本居高不下;由于巨大的体积,布置在发动机上也极为不便,所以机械增压只是在涡轮增压还不成熟时的一个无奈选择,有可靠的涡轮增压、谁也不会用机械增压;因为一套机械增压系统,需要专门去为它开发离合器、隔音器等系统,所以导致主机厂开发一部机械增压发动机的难度远比涡轮增压大,简单点说机械增压完全是把银子消耗在它复杂的机械结构、以及材料强度上!

涡轮增压器相比较而言,开发难度就简单了许多,无需针对某款车特定开发(当然也有专款专用的涡轮增压器),所以从成本上看、涡轮增压就更有优势;而涡轮增压器也没有机械增压器那么多附件、体积还小,所以布置起来也极为方便,关键是它的增益效果更大;小排量的机器布置一个机械增压,增益效果、甚至不如损耗多,所以无论从哪个角度去看、现如今机械增压早已没有存在的必要了,它当然有优势、但劣势也多!

机械增压的优势

涡轮增压存在迟滞问题(说迟滞的人多、但真正感受到迟滞的人不多、大都是人云亦云,给油一瞬、速度上不来,通常是变速箱、发动机匹配的问题),也就是说、较低转速下,废气量少、有些推不动涡轮旋转,不过现如今涡轮大都是小惯量的(民用车),基本上都是启动就开转(旋转、不等于起压),迟滞问题得到了一定的遏制,虽然涡轮迟滞不可消除、但如今已经感受不到了,如果非说迟滞严重、给油有突然打鸡血的突兀感,那么恭喜您、赛车都有这个效果

2021-10-24

2021-10-24