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汽车上的涡钻机轮增压和机械增压有什么区别?

时间:2018-11-28 16:53   作者:admin 点击:

  现在的汽车发动机,越来越多的采用了增压技术,它可以使发动机在基本结构和排量不发生大的变化的情况下,发出更大的功率和扭矩,并实现降低油耗的效果,在一些国家和地区还可以避免高额的排量税。大家常见的增压系统是涡轮增压,还有一部分车型使用的是机械增压,那么这两种增压系统有什么区别呢?又有怎样的优缺点呢?哪一个更好呢?下面我们来分析一下这个问题。

  首先来说说涡轮增压系统。我们在市面上见到的绝大多数车型使用的都是涡轮增压系统,它的基本原理,就是在发动机进气的地方,加一个空气压缩机,通过压缩空气来增加发动机的进气量。而推动这个压缩机的,是发动机自身排出的废气。废气通过向废气涡轮的叶片吹气,推动废气涡轮的叶片,从而带动进气叶片,让压缩机把空气“吹”向发动机的气缸,提高进气压力、加快进气速度,进气多了喷油自然更多,从而提高发动机的功率和扭矩(一般能提高30~40%,个别发动机会调校的更高),使汽车的动力性更强。

  车用涡轮增压器由离心式压气机、径流式涡轮机及中间体三部分组成,涡轮的进气口与发动机排气歧管相连,排气口与排气管相连;压缩机的进气口与进气管相连,排气口则接在进气歧管上。涡轮机和压缩机通过一根轴刚性的连接在一起同步转动,俗称增压器转子,是涡轮增压器最核心的部件,通过两个浮动轴承支承在中间体内。增压器在工作时转子以每分钟8万~20万的转速高速旋转,采用全浮式滑动轴承,工作温度高达900到1000℃,因此需要高强度的润滑和冷却。所以在中间体内有润滑和冷却轴承的油道,来自发动机润滑系统主油道的机油,经增压器中间体上的机油进口进入增压器,润滑和冷却增压器轴和轴承。然后,机油经中间体上的机油出口返回发动机油底壳,将增压器的热量带走。如果这些轴承得不到良好的润滑和散热,会引起轴承的异常磨损,叶轮轴径向间隙增大,跳动量增大,从而导致漏油的发生或引起异响,大大缩短增压器的使用寿命。

  涡轮增压系统主要是利用发动机废气的能量带动压缩机来实现对进气的增压,属于废物利用,在工作过程中基本不会消耗发动机的动力,并且可以实现小排量、大功率、低油耗,因此得到了广泛的应用。但它有一个最大的缺点就是在低速时涡轮不能及时介入,有一定的动力输出滞后性。

  下图是某增压发动机的外特性曲线图,可以看出,发动机的转速低于1750转/分钟时,扭矩比较小;而在1750——4000转/分钟的范围内,维持一个比较高的扭矩区间;当发动机转速超过4000转/分时,扭矩又会下降。一般把发动机转速低于1750转/分时,发动机扭矩较小、动力不足的现象称为涡轮迟滞。

  为了解决这种涡轮迟滞现象,聪明的汽车工程师又研发了低惯量涡轮增压器、变截面涡轮增压器、双涡轮增压系统等,但不是成本太高,就是结构太复杂,因此没有得到广泛的应用。而涡轮迟滞这一缺点在一些中低端车型上人们也是可以接受的,两害相权取其轻,人们自然会做出合理的选择。

  再来说说机械增压系统。很多人可能不知道,世界上最早的发动机增压系统就是机械增压系统,现在它主要应用在一些高端车型的大排量发动机上。它的基本工作原理是采用皮带与发动机曲轴皮带盘连接,利用发动机转速来带动机械增压器内部叶片,产生增压空气送入发动机进气歧管内,以达到增加进气量、增大发动机功率和扭矩的目的,但它的增压作用没有涡轮增压系统那么强大,一般只能将发动机的动力提高20%左右。

  机械增压器的基本结构都是由壳体、转子(叶片)、电磁离合器等组成的,根据叶片型式的不同,大致有三种类型:离心式机械增压器、罗茨式机械增压器和螺旋式机械增压器。它们的工作转速不像涡轮增压器那么高,一般只有几千转,所以对润滑和冷却要求并不高。现在比较常见的是螺旋式增压,它的优点是在各种转速下都能提供较好的增压效果,有效的提高发动机的功率和扭矩。

  由于机械增压器是由曲轴直接带动的,只要发动机运转,增压器就开始工作,同时机械增压器转速与发动机转速完全连动,空气压缩量是按照发动机转速线性上升的,最大的优点是“全时介入”。所以它没有涡轮增压发动机介入那一刻的唐突,也没有涡轮增压发动机的低速迟滞,发动机在低转速时就有比较好的动力输出,并且汽车加速感受相当线性,深受高端客户的欢迎。它的主要缺点是在工作过程中会对发动机的动力造成一定程度的损耗,特别是在发动机高速运转时,动力损耗很大,而发动机动力提升并不太明显,汽车的燃油经济性降低,这也是机械增压器没有广泛应用的重要原因之一,一般只应用在一些基础排量很大、对油耗不太敏感的大排量高端发动机上,比如奔驰6.0 V12发动机、奥迪3.0 V6发动机、捷豹4.0 V8发动机等等。

  通过以上的分析,大家可以看到,钻机涡轮增压器和机械增压器无所谓哪一个更好,而是各有特点:涡轮增压系统低转速时有涡轮迟滞现象,低速扭矩不足,而高速时增压值大,发动机动力提升明显,而且基本不消耗发动机的动力,燃油经济性好;机械增压系统低速动力输出较好,加速线性,但是高速时动力损耗大,发动机动力提升不明显,燃油经济性差。可以说,涡轮增压系统的优点正好是机械增压系统的缺点,涡轮增压系统的缺点正好是机械增压系统的优点,二者是优势互补、相辅相成的。正因为如此,汽车工程师开发出了涡轮增压器+机械增压器的混合式双增压发动机。

  混合式双增压发动机在德系车上应用的较多,比如大众高尔夫GT上装备的1.4升TSI发动机,设计师就把涡轮增压器和机械增压器结合到了一起,在低速时机械增压器起主要作用,在高速时涡轮增压器安起主要作用,从而保证发动机在低速、中速和高速时都能有较好的增压效果。

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