渦輪增壓為何大行其道,機械增壓都被“壓”到哪裡去了?

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都寫作3.0T,你知道奧迪和奔馳的最大區別在哪裡嗎?沃爾沃新一代Drive-E發動機中的高功率型號T6為什麼能一下子把2.0四缸機的功率推到300馬力以上?奧祕全在機械增壓。

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奧迪的3.0L機械增壓發動機

是不是對這個名稱有點陌生?現在都流行渦輪增壓,另一種增壓方式,機械增壓漸漸被邊緣化了。舉個例子,用於奧迪A6、Q7等車型上的那一臺3.0L V6機械增壓發動機往往也被簡稱為3.0T發動機,這種說法其實並不準確,T代表Turbocharger,渦輪增壓器,而機械增壓器的英文名為:Supercharger,簡稱應為SC,比如奧迪那臺3.0L發動機在數據表中應該寫作3.0SC而非3.0T。早些年,媒體都會注意兩者的稱謂區別,但現在,基本都統稱為3.0T了。

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捷豹的機械增壓發動機也是一絕

都是增壓,渦輪和機械有什麼區別?

渦輪增壓或許大家比較熟悉,通過發動機排出的廢氣推動排氣管處的渦輪高速旋轉,渦輪帶動進氣管處的泵輪旋轉為進氣增壓。而機械增壓則不需要利用廢氣,進氣管處同樣有一個壓氣機,排氣管則沒有渦輪,它的動力來自於發動機,壓氣機直接通過皮帶或者齒輪連接曲軸。

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圖為一臺渦輪增壓器,嵌在發動機的進排氣管中間

一個動力來自於排出的廢氣,一個動力來自於發動機曲軸,這是機械增壓和渦輪增壓根本的區別。渦輪增壓由於依靠廢氣推動,因此在發動機低轉速情況下,排氣量小,廢氣自然流速較慢,難以推動渦輪。因此,渦輪增壓不可避免存在遲滯。甚至,低轉速時如果強行讓廢氣推動渦輪,反而會導致排氣受到阻礙,發動機運轉效率下降。

因此,渦輪增壓發動機都會設置一個渦輪介入的轉速,在達到一定轉速前,排氣不經過廢氣渦輪,不受阻礙的排出。因此我們也可以體會到,渦輪車起步時隨著轉速提高會有一個明顯的二次衝擊,那就是渦輪開始介入的表現。

這種衝擊感則會影響平順性,所以至今仍有許多人仍然摯愛自然吸氣發動機。而機械增壓沒有這種煩惱。從基本原理上來講,機械增壓直接通過發動機提取動力,只要發動機在轉動,增壓器就能夠工作,因此,其最大的好處就是響應快,平順性和自然吸氣發動機相當,低轉速時就能提供較大的扭矩增幅。

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可以看到,機械增壓器通過皮帶與曲軸相連接

但是機械增壓不可能是完美的,甚至缺陷還會更大,才會被渦輪增壓發動機佔據主導地位。從結構上就能夠明白,機械增壓會直接消耗發動機產生的動力,會影響發動機效率,轉速越高,損耗越大,機械增壓不如渦輪增壓提升動力的潛力大。同時在本身動力性能不足的發動機上完全無法發揮功能,小排量發動機帶不動機械增壓。於是在如今這個追求排放,講究小排量大動力的年代,機械增壓的地位就很尷尬了。

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當世最強機械增壓發動機,道奇Challenger Demon的6.2L V8

除此之外,渦輪增壓也正在彌補自身的缺點,早些年有過雙渦輪的研究,和現在這種雙渦輪增壓V6,兩個渦輪分別負責3個氣缸不同,那種雙渦輪目的在於改善遲滯。一大一小兩個渦輪,高轉速啟用大號渦輪,增大增壓值提高輸出,低轉速用小渦輪,減少遲滯。

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還有VGT(保時捷稱VTG)可變幾何渦輪技術,在通常渦輪(黃色部分)的外側加了一環可通過電子系統控制角度的葉片(紅色部分),當發動機的轉速較低的時候,廢氣壓力較低,導流葉片打開角度較小,排氣阻力較小,同時葉片更加貼近旋轉中心,渦輪轉動慣量也小,從而能夠更容易的提高發動機低轉速下渦輪的轉速,減輕“渦輪延遲”現象。隨著發動機的轉速的提高,導向葉片的角度逐漸變大。當發動機達到最大負荷的時候,導向葉片完全打開,與排氣側主體渦輪形成一個更大的葉片,相當於一個大渦輪,增壓效果更強。718的2.0T H4發動機就採用了這項技術。

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當然更加厲害的還有電子渦輪(SQ7)以及48V技術等,都能夠極大地改善渦輪增壓技術的缺陷。至於普通小排量車型,各種小慣量渦輪、可變進氣歧管等技術,雖然仍然無法完全消除渦輪遲滯,但家用綽綽有餘,動力強、燃效高,基本盤渦輪增壓領先太多。雖然機械增壓的駕駛感受更好,更加平順,但始終抵不過現實需求,機械增壓輸的不冤。

兩全其美雙增壓

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沃爾沃S60 Polestar的雙增壓發動機,毫不誇張的說,這是最優秀的四缸發動機之一

最後再說說雙增壓吧,雙增壓和雙渦輪增壓又有不同,指的是機械增壓+渦輪增壓,既可以實現機械增壓平順的提速特性,也能夠在高速工況下利用渦輪增壓提高動力輸出,提高燃效。但是缺點很明顯,技術更加複雜,而且最關鍵的還是其作用較為雞肋。普通渦輪增壓完全能夠滿足家用車型需求。至於運動定位的車型,可以擁有足夠大的排量和足夠多的氣缸,比什麼機械增壓手段更有用。因此,增壓發動機仍然是渦輪增壓的天下。

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