涡轮增压和机械增压优势都在哪? 各有什么区别?
说到增压发动机,大家脑海中多半儿会先想到涡轮增压发动机,毕竟现在搭载涡轮增压发动机的车型太多了,单说家用车市场中,几乎90%的增压发动机都是涡轮增压;但在一些高端车型或者豪华品牌车型上,就会发现采用机械增压的发动机也不少,那么这两种增压技术谁更好呢?
发动机为什么要增压?
在了解哪种增压方式更好之前,咱们先来简单说一下发动机为什么要增压。对于电喷发动机而言,由ECU根据进气量来控制喷油量,因此在空气密度正常的地区,自然吸气发动机完全可以应付。
但在一些海拔较高的地区或者空气密度稀薄的地区,同样的进气量中氧含量较低,氧传感器采集的数据自然就低,ECU控制的喷油量就会低,因此无论我们怎么深踩油门,都会感到发动机没劲儿。
插一句,咱们脚下的油门踏板控制的并不是燃油喷射量,而是节气门开度大小,而节气门算是空气进入到发动机气缸的最后一道“防线”,油门踩的越深,节气门开的角度越大,进入的空气越多;它只是一个控制外部空气进入多少的阀门,并不能决定空气的压力、含氧量。
另外,对于一些性能车或者说越野车来说,由于其车型定位原因,对动力的要求更高,但又不可能将发动机进气口设计的太大,毕竟发动机设计牵一发而动全身,既要考虑体积、油耗等因素,又要考虑制造成本与后期维护等,在此限制下,发动机若想多进气、提高进气含氧量、进而多喷油,就必须提高进气时的压力,因此增压发动机是发动机技术发展过程中的必然阶段。
两种增压方式差在哪?
咱们还是先说更常见的涡轮增压方式,这种方式顾名思义,就是用涡轮来提供进气压力,大家都知道气缸有进气门、排气门,外部空气通过节气门后就进入到发动机内部,而通过进气门则进入到气缸内参与燃烧,燃烧后的废气则通过气缸的排气门排出发动机。不过虽然是废气,但其依然具有很高的热量和压力,引导这些废气推动涡轮旋转,旋转产生的气压差可以帮助发动机吸进压力更高、更多的空气,这种方式就是涡轮增压。
由于驱动涡轮旋转的动力来自发动机废气,因此对于发动机来说算是零负担,并不会增加额外的油耗。不过这种方式受制于发动机的废气量,废气量不够的话涡轮所产生的压力也比较小,从踩下油门进入更多空气、到这些空气燃烧完毕从排气门排出、再到驱动涡轮旋转,这是需要一个过程的,这个过程就是常说的涡轮迟滞。
机械增压的方式并不是利用发动机的废气,由于发动机做功最终就是驱动飞轮转动,飞轮再将动力输入到变速箱,当然除了变速箱外,飞轮还将带动电机给蓄电池充电、带动空调压缩机等附属部件,机械增压就是从发动机飞轮上再加一个皮带,通过皮带来带动一个驱动齿轮,就是上图最右侧那个,通过动图可以清晰的看到机械增压器的工作过程。
得益于机械增压的工作原理,只要发动机启动,机械增压器就会工作,因此也就不存在任何迟滞问题,动力随叫随到,这也是为什么一些性能车更偏向于机械增压的原因之一。
不过与涡轮增压相比,机械增压器的体积显然要更大,这也意味着需要更多的机舱空间,对于前置发动机的车型来说,SUV的空间可以满足机械增压发动机的体积,但轿车几乎放不下,一些轿跑多采用中置、后置发动机,这也为机械增压发动机提供了安装空间。
两种增压方式谁更好?
对于这两种增压方式的优缺点,上面已经说了一部分,若从技术角度讲,机械增压由于要靠发动机的动力驱动,因此对发动机的扭矩要求更高,而从发动机的动力输出曲线来看,在后半段发动机的功率增加但扭矩输出是在下降的,这就意味着在一个临界点后,机械增压器反而成为发动机的负担。
因此这两种增压方式并没有好坏之分,只是各自所擅长或者说使用的领域不同。涡轮增压发动机除了对涡轮叶片有很高的制造要求外,在应对涡轮迟滞方面依然需要较高的技术调校;机械增压发动机则需要对机械增压器所需的扭矩、所匹配发动机的输出曲线数据进行精准的匹配,总之这两种方式都需要很深的技术功底才能玩的转。
Turbo_废气涡轮增压成为主流说明了机械增压没有优势
内燃机增压系统可分为三类:
- 废气涡轮增压_T
- 机械涡轮增压_S
- 电动涡轮增压_E
在普通乘用车型领域「Turbo_废气涡轮增压技术」是主流选项,Mechanical supercharging_机械增压器已经基本被淘汰,上千款量产车中使用这种技术的车辆掰掰手指就能数完,这是为什么呢?原因在于机械增压器的效率太低,而且会增加油耗,下图为结构特点。
动力源_曲轴
机械增压器的动力由发动机曲轴供给,通过皮带与曲轴连接。而曲轴是输出「扭矩」的结构,那么增压器的运行阻力则会损耗部分扭矩,这就带来了【怠速转速高】的核心缺点。普通燃油动力汽车的怠速转速仅为800rpm左右,该转速的输出功率足以克服运行阻力实现自运转;但是机械增压器的运行阻力损耗了部分功率,结果必然会造成机器熄火——想要不熄火就得提高转速与喷油量,以高油耗为代价产生更多的热能,以同时满足怠速和增压器的动力需求。
重点1:由于机械增压器与曲轴是刚性结合,所以启动后就会升高转速(油耗)。然而这并不是最重要的,重要的是装备机械增压器的车辆在怠速时也在以“富氧状态”燃烧,这会增加缸内压力导致机体零部件老化的加速,同时偏高的怠速转速也会增加磨损。所以大多数性能车与小排量汽车都不再选择这种低成本的技术,前者要稳定使用寿命、后者要考虑油耗问题。
重点2:机械增压器的「增压程度」相当不理想,因为增压器即使能够通过齿轮组放大涡轮转速,但是曲轴的转速毕竟是很低的。普通代步车的发动机极限转速大多在“6500rpm”左右,增压器涡轮的增长只能依靠转速的提升,所以这种机器的极限转速也不过是几万转;相对低的转速无法在中高转速区间有效压缩空气以提升进气氧浓度,扭矩相比废气涡轮增压系统就会低的多。比如3.0S的发动机峰值扭矩不过450N·m,而3.0T却能达到600N·m左右。
T_动力源
- 高压排气
不论使用哪种增压系统的发动机或者自然吸气发动机,其运行过程中都会产生压力非常高的排气。Turbo正是利用了气流冲击涡轮使其运转,这种“废气利用”的模式不会增加运行负荷(油耗)。而且发动机怠速时的排气压力很小,其力量不足以驱动废气涡轮运转,所以在怠速时并不会加速发动机的老化。
知识点1:废气涡轮增压器被普遍认定为「迟滞」,因为参数标准往往是“2000~5000rpm”,然而这只是【峰值扭矩】的持续标准,也是增压器涡轮达到最高转速、所需要内燃机达到的转速范围。在2000rpm转速节点之前涡轮也是运转增压的,因为增压器不可能直接从“0转”跳到数万甚至十几万转;正常的增压器都会在1000rpm左右开始运转,也就是踩下油门的瞬间就会开始增压,所以废气涡轮增压并不迟滞。
知识点2:涡轮的惯性质量有很大的差异,有些低惯量在1250转既可达到最高转速,也就是让发动机输出峰值扭矩。而中大排量追求加速平顺的发动机则多选择高惯量的增压器,在1000/3000区间为增压压力的线性提升,在3000/5000rpm区间可以输出峰值。这种调校适合排量基数足够大,峰值扭矩在400N·m左右的机器;而追求极限性能则以大扭矩配合低惯量增压器,或者使用两组废气增压器配合;亦或者在低转速区间使用转速也不高的电涡轮,高转速以废气涡轮增压,比如F1赛车。
总结:机械增压器由于会增加油耗,而且增压效果远不如废气增压,所以这种技术基本被淘汰了。废气涡轮增压技术是内燃机“最后的挣扎”,用增加氧浓度的方式要比其他提升所谓的热效率更能直接有效的提升扭矩,供参考。
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涡轮增压高速优势明显,省油,提速猛。自吸的用着费用较低,性能差一些
增压发动机的类型有很多,都是各不相同,涡轮增压,机械增压还有一种叫电子增压,其本质是一样的但是应用和调教都有各自的优点。市面上最常见的是涡轮增压,其次是机械增压,电动增压就更为少见了。
涡轮增压,利用发动机的尾气对涡轮进行推动,从而获得相对的增压数值,发动机的转速越高增压值越大。弊端也是相对的,正常的厂家调教涡轮介入都需要发动机转速在1500转左右,(个别会更低1200左右,但只是少数)所以涡轮增压发动机是需要一定的发动机转速才能更好的发挥其作用,在涡轮没有介入的情况下它和自吸发动机没有任何区别。
机械增压发动机,顾明思异需要外接动力源才能进行增压,机械涡轮一般取用发动机的动力,对于发动机本身的动力输出是有一定的损耗的,但是机械增压只要发动机在怠速那么它的增压值就是存在的,所以机械增压我们可以理解成无处不在的动力输出,当然机械增压也可以经过工程师来进行人工干预来达到涡轮增压的线性输出,但是它损耗自身的动力是很多人所不能接受的事实。
电子涡轮增压,利用电动涡轮增压机来对发动机进行增压,这样既可以抛开机械增压带来的动力损失也可以解除涡轮增压带来的迟滞现象,是完美的增压系统,但是由于各种因素,搭载在我们大众视野里的车子并不多。(奥迪RS7有一款电动增压发动机)
首先,涡轮增压器的启动或者说是它的效果出现是必须要有一定的发动机转速,通常一般发动机的转速都是1600左右才能起正压,也就是你能够感觉到的发动机的动力一下子更强了,说明增压器已经开始工作了。所以,高转速下工作是他的特性之一,其次,由于它工作时的转速非常的高以及它的制造工艺也要求很高,如果不正常保养则后期会容易出现增压器抽机油等现象。所以也就是维护的成本也相对较高。
而机械稳压器是更加的偏向低转速区间的动力补充,而且由于其是随着发动机的转速同步起增压效果的,所以发动机的整体动力输出也就更加的线性,同时也没有那么多的维护的成本。
其实,最好的解决方案就是,把机械增压和涡轮增压器组合在同一个发动机上,这样一个负责低速区间一个负责高速区间,最后输出的动力表现就是动力很充沛。
各位老铁,欢迎大家关注,后期还会有很多的车辆问题解答。
1.涡轮增压,又名废弃涡轮增压,有涡轮迟滞,一般要在发动机转速到1200转以后才会介入,发动机在高转速运转有优势,不消耗发动机的能量! 2.机械增压的增压器是依靠发动机的皮带轮带动运转,发动机一启动就开始运转,不存在涡轮增压的迟滞现象,但是会消耗发动机的能量,在发动机高转速区间没有什么优势,世面当单独的机械增压车比较少,一般是有机械涡轮双增压的机器,代表车型奥迪A6L,3.0T
一个省油 一个有劲
机械增压用发动机动力驱动 会使用一部分激增的动力 涡轮增压不费 倒是有迟滞开起来 感觉很别扭
涡轮爆发力强,机械后段持续爆发力强
机械增压是以不增加引擎排气量以前提 使用力轮输出提升的方法 涡轮增压是利用引擎的废气排放来驱动压缩机