谈谈涡轮增压、机械增压的优缺点
2020-11-20 13:01来源:我爱汽车网阅读量:

涡轮增压、机械增压,都是比较常见的两种增压方式;两种增压方式各有千秋,都有自己的优点、也存在各自的缺点,总的来说涡轮增压优势更多、劣势少,所以它逐渐的取代了机械增压,而如今的机械增压车已经越发少见,实际上机械增压已经可以算做是淘汰了,而朋友们对它的喜爱更多是情怀、感觉,真正开过机械增压车的朋友很少!

给内燃机增压、是一种很古老的内燃机辅助方式,实际上早在上个世纪初、就已经开始用于航空发动机领域,如今的航空用内燃机几乎都是增压式的(可以在高空、稀薄环境下,维持足够的输出功率,海拔每升千米、功率输出降低10%最后);那么为什么要给内燃机做增压呢?实际上给内燃机增压,主要的目的其实只有两点,其一降低转速、从而降低内燃机的摩擦功损耗,其二减少泵气损失;当然增压还可以有效降低散热损失(后文会提到)!

增压降低摩擦功损耗

这就是增压的好处,无论机械增压、涡轮增压都具备增压器的辅助进去能力,要知道常规的自然吸气发动机,进气是通过活塞下行、产生的负压来吸气的,想烧更多的油、就必须吸入更多的气,结果自吸发动机就必须拉高转速来吸气;后来发现单纯拉高转速也不够用,又产生了可变气门正时(延后关闭进气门)、以及可变气门升程(增大气门开口面积),用这种方式来满足高转速下的进气量!
不过即便是这样高转速自吸机器、在高转速下运行时的燃油经济性、排放依然不好,高转速下、四个循环轮替太快,即便有升程的帮助也很勉强;而产生了增压之后,无论是机械增压器、涡轮增压器,都起到了一个辅助送气的作用,这样一来发动机无需更高的转速、就能获得足够的空气!而这样、发动机就实现了低转速化,因为有足够的空气、所以燃烧得到了保证,有益于排放(自吸高转时排放是很不理想的);而转速更低了、活塞上下运行时,所造成的摩擦功损耗也降低了,所以燃油经济性更加理想(相同功率比较油耗,拿2.0T比较2.0L那是抬杠)!

减少泵气损失

增压可以降低内燃机的泵气损失,什么叫泵气损失,实际上就是曲轴箱内部、对活塞下行吸气的一种抵抗,这种抵抗、使得活塞下行时不得不克服更大的阻力,从而造成了能量的一种损失、也就是泵气损失;节气门开度越小的时候、活塞下行吸气越费力,所以泵气损失严重是自吸的一个短板;而增压的出现,内燃机由被动的吸气、转换为主动灌气(如同给人上呼吸机一样),这样增压器送入的空气、就能提高燃烧室压力,使得活塞下行时、更容易克服曲轴箱内部形成的抵抗、从而减少了泵气的损失;增压的核心就在于此!

机械增压的弊端

先说机械增压的优势吧,机械增压从发动机曲轴处取力,简单点说就是发动机运转、所产生的一部分功率,被机械增压器拿走;好处在于发动机曲轴转、机械增压器也同步旋转,所以机械增压的最优秀之处在于起步就增压、不存在任何的迟滞(理论、感官上皆不存在),其次在于终身免保养、润滑油被密封在机械增压器内部,运行稳定、不容易出现问题(机械增压器几乎避开了高温),除了这为数不多的优势,机械对比涡轮增压、几乎都是劣势,所以机械增压逐渐凋零了!

机械增压的劣势太多,比如潜力太小、成本太高、占用空间太大等等;机械增压的潜力是很小的的,它毕竟是从发动机曲轴处取力,取得少时、可以获益,取得多了、就造成了发动机的自我损耗,所以不能让它取太多、所以机械增压器的功率不可能太大;正因为如此、机械增压的开口压力最极限不过1.8Bar左右,增压器转速不过两万转左右!而随便一个涡轮增压器转速都在20万转左右,而开口压力极限更是能达到3.5Bar左右、甚至达到更极限的4.0Bar的水平,所以这就是机械增压的潜力不足的问题!

多小的排量,比如1.0L机器、挂上一颗涡轮就会有收益,因为涡轮是靠废气来做功的,驱动涡轮运转的能量类似于白来的一样(当然这是相对的角度),所以无论排量多低、配上一颗小涡轮都有好处;可机械增压就完全做不到这一点;1.0L配机械增压,机械增压器不断消耗发动机动力,而1.0L动力本来就差、大量被机械增压器所消耗,那还谈什么收益?那完全是负增长了,对吧?所以我们常见的机械增压一般在3.0L以上!当然小排量机械增压也有,比如大众等一些欧系车企推出过的2.0L双增压发动机,机械增压在起步、头段发挥作用,之后转速上来、排气量足够后,就变成涡轮增压起作用了,所以小排量双增压、完全在用涡轮增压弥补机械增压的劣势,而单独的小排量机械增压机器也存在、但太少,对性能的提升非常之差;所以机械增压并不适合小排量!

机械增压对空间要求很大

机械增压器体积较大、布局起来费劲;如上图所示、这就是个机械增压发动机剖面图,从图上我们可以清楚的看出机械增压器、是嵌在这v型发动机的v型夹角内的,这个夹角似乎就是为了机械增压器所准备的?实际上机械增压器与v型机的v型夹角是绝配;而如今的主流乘用车,v6机器越发少见(咱们国内市场),而直列四彻底普及,直列机器、配个小车身,塞入个涡轮增压器容易、塞入机械增压器是很困难的,比如给卡罗拉塞入个涡轮容易、塞入机械增压器不是不行,改造成本太大、况且还得有定制的机械增压器,而换来的除了高成本、就只有极差的潜力了(1.2T在性能上远超1.2L机械增压)!

机械增压器成本太高

机械增压器不同于涡轮增压器,机械增压器是需要专门设计的,简单点说就是针对某些主机厂的需求专门去设计,有些专款(款式)、专用的味道,比如给说奥迪的v6设计的机械增压器、其它品牌就用不了;不像涡轮增压器那么容易替代,原厂的不用了、可以买那些升级套件,机械增压没有这么繁荣多彩;所以专用就导致了定制化、市场小、产量低的弊端,而这三种因素将直接导致成本上的提高,况且机械增压器附件太多!
如上图所示、这实际上就是一个机械增压器的分解图,可以从图上看出它有多复杂,所需要的附件甚多;任何一款机械增压器,都需要结合实际车型,开发专用的离合器、以及隔音系统,这些都导致机械增压器的成本非常难以控制、市场也越来越小,而市场的不断缩小、又导致成本再次提高,就这样也就形成了恶性循环;涡轮增压器一个型号、款式,可能适合很多款车型、品牌;而某款车的机械增压器、只适合这款车,其它汽车品牌、都用不了;所以现如今机械增压,很少有车子会用了!

过去机械增压车其实也不多,更多是一些豪华大品牌车再用;毕竟那个时代的涡轮增压器不成熟,大惯量、功率提升大、低转速扭矩表现差、迟滞明显,所以这种早期的涡轮特性并不适合那些豪华车,所以那些豪华、大排量车为了平顺,本身又是大排量、大马力(无需机械增压提高太多),所以往往会不计成本的选择机械增压;可以视作为涡轮技术不成熟的一种风向标,而现如今的环境变了、机械增压的存在意义都小了甚至已经消失,简单点说环境变了、足以改变一切!

现如今的涡轮增压技术成熟,小惯量、低转速扭矩提升大、不过分追求极限功率,所以在迟滞方面有了很大的提高(理论存在、但很难感觉得到),而车辆又大多是小排量、直列发动机,所以并不适合机械增压;就像上文鄙人举的那个例子所描述的那样,1.2T涡轮增压性能要比1.2L机械增压好得多、造价还便宜,那么为什么不用1.2T涡轮增压呢?性能强、成本又低、燃油经济性更合理,难道还非得为了情怀去选择机械增压;实际上夸机械增压的朋友太多、太对,他们之中99%的朋友并没有开过机械增压,所以他们为什么会认为机械增压更好呢?总而言之,机械增压有它的优点、但它的缺点更多,更不适合当今主流的汽车环境、生态,所以逐渐的就少见了!


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