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为何涡轮增压更普及,机械增压却相对较少呢

来源:发布时间:2019-10-04
此前我们曾和大家讨论过增压与自吸的不同之处,实际上增压装置按照驱动方式还可以分为涡轮增压与机械增压两种,在功能上两者都是为引擎提供强制进气,在不增加引擎排量的基础上来提升发动机的输出功率和扭矩。近年来正是因为增压技术的快速发展,也使得如今自吸引擎也越来越少。 目前,受到日趋严格的环保法规限制,各种大排量自然吸气引擎已不再受到市场的欢迎,反而是各种小排量的涡轮增压引擎开始纷纷出现。相对来说,小排量涡轮增压引擎能提供远超同排量自然吸气引擎的动力,在相关税费方面也要低。但现阶段在市场上,涡轮增压车型已然成为主流,而机械增压却相对较少。 机械增压与涡轮增压区别在哪里? 其中机械增压器由曲轴带动,通过消耗引擎动力的方式对空气进行加压,好处是输出更加线性且无迟滞,转速越高则增压器压力越高,输出功率也越强大。但缺点就是需要消耗引擎的输出功率,因此并不适合小排量引擎,且会增加油耗。 而涡轮增压则由废气推动,只需借助排气部分的压力来推动涡轮做工,并不消耗引擎动力且适合小排量使用,其缺点则是进气系统从负压转为正压时存在一定的迟滞。也正因为这样的差异,也使得如今在小排量车型绝大部分所使用的,都是用废气推动的涡轮增压器。 机械增压与涡轮增压是如何工作的呢? 机械增压器的驱动力来自发动机曲轴,通常会使用皮带来连接曲轴皮带轮,将发动机输出的动力传递到机械增压器本体,从而驱动内部结构对空气进行压缩。而依照结构的不同,机械增压可分为包括叶片式(vane)、鲁氏(roots)、温克尔 (wankle)等型式。现阶段最广泛被使用的是鲁氏增压器,而其以双叶转子较普遍,构造则是在椭圆形的壳体中装两个茧形转子,转子间保有极小的间隙且不直接相连,其中一个转子的转轴与驱动皮带轮连结,并且装有电磁离合器来控制是否停止增压。但机械增压由于需要消耗引擎的功率,因此对于小排量引擎来说负荷较大,在消耗更多燃油的同时却只能带来有限的提升。 涡轮增压器结构主要由涡轮室与增压器组成,涡轮室进气口与引擎排气歧管相连,排气口则接在排气管头段上,另一边的增压器进气口与空气滤清器管道相连,而出气口则接在引擎的进气歧管上。位于涡轮室的涡轮和位于增压器内的叶轮通过转子同轴刚性连接,利用引擎排出的废气惯性推动涡轮室内的涡轮,涡轮则带动同轴的叶轮,叶轮压缩从空气滤清器管道吸入的空气,增压之后通过进气歧管压入气缸内燃烧做功。由于涡轮增压器转速极高,因此其所增压力也比机械增压器高数倍,但因为涡扇的惯性,增压器中间轴承也有相当大的阻力,所以废气突然增多时涡扇转速提高速度会受到影响,也就是常说的涡轮迟滞。 机械增压与涡轮增压的优缺点 实际上机械增压与涡轮增压各有优缺点,但也有些共同的问题存在。毕竟空气在经过压缩后温度就会升高,特别是涡轮增压器考虑排气,其增压后的空气温度将会更高,而且在经过增压之后,空气在气缸内爆燃产生的能量更大,因此对气缸、活塞、连杆、曲轴等部分的强度要求也就更高,所以也会增加引擎的制造成本。 相对来说涡轮增压器需要注意的地方更多,比如增压器轴承需要机油润滑并带走一部分热量,因此虽然这类车型都会配备机油散热器,但选择机油时还是要注意其规格和品质,需要选择抗磨性、耐高温、油膜强度和稳定性更好的机油。而除了要选择合适的机油并及时更换之外,机油滤清器和空气滤芯也要及时更换,以防止杂质通过油道和气道进入增压器内,对增压器轴承和叶片造成不可逆的损坏。 此外由于涡轮增压的机构问题,进气冷却系统是必不可少的配件之一,为了增加进气含氧量,在涡轮将空气压缩之后需要经过中央进气冷却器进行降温。此外外相对自然吸气引擎,还要针对冷却水箱等散热部分进行加强,从而进一步提高其稳定性。 而机械增压则相对更简单一些,由于增压器通常直接取代了进气歧管,因此相对来说进气温度会更低,而且增压器本体的温度也更低,对于散热和润滑的需求也相对没有那么高,不过对于一些大排量、高增压、高转速的车型来说,机械增压也会配合中央冷却器来降低进气温度,并使用独立的润滑和散热系统来给增压器本体提供保护。此外由于机械增压随时在消耗引擎的功率,因此为了节省不必要的损耗,通常会配合电磁阀和离合器让增压器在特定的转速才开始带动增压器工作,这样也能降低一定的油耗,但其带来的结果就是会出现类似涡轮增压的迟滞感。