机械增压和双涡轮增压有什么区别(双涡轮增压发动机优缺点)

现在的汽车发动机,越来越多的采用了增压技术,它能使小排气量的发动机发出比较大的功率和扭矩。根据结构的不同,有涡轮增压、机械增压及双增压三种形式,他们的结构及工作原理如何呢?又有怎样的优缺点呢?今天老侯来给大家说说。

涡轮增压系统

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(1)

涡轮增压发动机示意图

涡轮增压大家并不陌生,平时在车的尾部都可以看到诸如1.4T、2.0T等字样,这说明了这辆车的发动机是带涡轮增压的。涡轮增压(Turbocharger)简称Turbo或T。

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(2)

涡轮增压器结构图

涡轮增压是利用发动机的废气带动涡轮来压缩进气,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。

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(3)

涡轮增压发动机原理图

涡轮增压器主要由涡轮机和压缩机两部分组成,之间通过一根传动轴连接。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。

到底是怎样实现增压的呢?主要是通过发动机排出的废气冲击涡轮高速运转,从而带动同轴的压缩机高速转动,强制地将增压后的空气压送到气缸中。

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(4)

涡轮增压空气流动示意图

涡轮增压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,整个过程中基本不会消耗发动机的动力,拥有良好的加速持续性,但是在低速时涡轮不能及时介入,带有一定的滞后性。

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(5)

增压发动机的外特性曲线图

上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。

机械增压系统

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(6)

机械增压发动机结构图

相对于涡轮增压,机械增压(Supercharger)的原理则有所不同。机械增压主要是通过曲轴的动力带动一个机械式的空气压缩机旋转来压缩空气的。与涡轮增压不同的是,机械增压工作过程中会对发动机输出的动力造成一定程度的损耗。

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(7)

机械增压器结构图

由于机械增压器是直接由曲轴带动的,发动机运转时,增压器也就开始工作了。所以在低转速时,发动机的扭矩输出表现也十分出色,而且空气压缩量是按照发动机转速线性上升的,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。但是在发动机高速运转时,机械增压器对发动机动力的损耗也是很大的,动力提升不太明显。

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(8)

机械增压发动机空气流动示意图

双增压系统

双增压发动机,顾名思义就是指一台发动机上装有两个增压器。如一台发动机上采用两个涡轮增压器,则称为双涡轮增压发动机。如一台发动机上采用一个涡轮增压器+一个机械增压器,则称为混合式双增压发动机。

01

双涡轮增压发动机

如宝马3.0L直列六缸发动机,采用的就是两个涡轮增压器。

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(9)

双涡轮增压发动机结构图

针对废气涡轮增压的涡轮迟滞现象,排气管上并联两只同样的涡轮(每三个缸一组连接一个涡轮增压器),在发动机低转速的时候,较少的排气即可驱动涡轮高速旋转以产生足够的进气压力,减小涡轮迟滞效应。

02

混合式双增压发动机

前面了解到,涡轮增压器在低转速时有迟滞现象,但高速时增压值大,发动机动力提升明显,而且基本不消耗发动机的动力;而机械增压器,是发动机运转直接驱动涡轮,没有涡轮增压的迟滞,但是是损耗部分动力、增压值较低。那把它们结合一起就岂不是可以优势互补了?

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(10)

双增压发动机示意图

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。将机械增压器安装到发动机进气系统上,涡轮增压器安装在排气系统上,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。

双涡轮增压发动机优缺点(机械增压和双涡轮增压有什么区别)(11)

高尔夫1.4TSI双增压发动机示意图

发动机的这几种增压方式,各自有不同的特点。涡轮增压低速动力不足;机械增压高速动力不足,双增压发动机结构复杂,价格昂贵。未来,涡轮增压是一个发展趋势,工程师们正在努力消除涡轮迟滞现象,当这一难题解决后,增压发动机的春天才真正到来。

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