談談渦輪增壓、機械增壓的優缺點
2020-11-20 13:01來源:我愛汽車網閱讀量:

渦輪增壓、機械增壓,都是比較常見的兩種增壓方式;兩種增壓方式各有千秋,都有自己的優點、也存在各自的缺點,總的來說渦輪增壓優勢更多、劣勢少,所以它逐漸的取代了機械增壓,而如今的機械增壓車已經越發少見,實際上機械增壓已經可以算做是淘汰了,而朋友們對它的喜愛更多是情懷、感覺,真正開過機械增壓車的朋友很少!

給內燃機增壓、是一種很古老的內燃機輔助方式,實際上早在上個世紀初、就已經開始用于航空發動機領域,如今的航空用內燃機幾乎都是增壓式的(可以在高空、稀薄環境下,維持足夠的輸出功率,海拔每升千米、功率輸出降低10%最后);那么為什么要給內燃機做增壓呢?實際上給內燃機增壓,主要的目的其實只有兩點,其一降低轉速、從而降低內燃機的摩擦功損耗,其二減少泵氣損失;當然增壓還可以有效降低散熱損失(后文會提到)!

增壓降低摩擦功損耗

這就是增壓的好處,無論機械增壓、渦輪增壓都具備增壓器的輔助進去能力,要知道常規的自然吸氣發動機,進氣是通過活塞下行、產生的負壓來吸氣的,想燒更多的油、就必須吸入更多的氣,結果自吸發動機就必須拉高轉速來吸氣;后來發現單純拉高轉速也不夠用,又產生了可變氣門正時(延后關閉進氣門)、以及可變氣門升程(增大氣門開口面積),用這種方式來滿足高轉速下的進氣量!
不過即便是這樣高轉速自吸機器、在高轉速下運行時的燃油經濟性、排放依然不好,高轉速下、四個循環輪替太快,即便有升程的幫助也很勉強;而產生了增壓之后,無論是機械增壓器、渦輪增壓器,都起到了一個輔助送氣的作用,這樣一來發動機無需更高的轉速、就能獲得足夠的空氣!而這樣、發動機就實現了低轉速化,因為有足夠的空氣、所以燃燒得到了保證,有益于排放(自吸高轉時排放是很不理想的);而轉速更低了、活塞上下運行時,所造成的摩擦功損耗也降低了,所以燃油經濟性更加理想(相同功率比較油耗,拿2.0T比較2.0L那是抬杠)!

減少泵氣損失

增壓可以降低內燃機的泵氣損失,什么叫泵氣損失,實際上就是曲軸箱內部、對活塞下行吸氣的一種抵抗,這種抵抗、使得活塞下行時不得不克服更大的阻力,從而造成了能量的一種損失、也就是泵氣損失;節氣門開度越小的時候、活塞下行吸氣越費力,所以泵氣損失嚴重是自吸的一個短板;而增壓的出現,內燃機由被動的吸氣、轉換為主動灌氣(如同給人上呼吸機一樣),這樣增壓器送入的空氣、就能提高燃燒室壓力,使得活塞下行時、更容易克服曲軸箱內部形成的抵抗、從而減少了泵氣的損失;增壓的核心就在于此!

機械增壓的弊端

先說機械增壓的優勢吧,機械增壓從發動機曲軸處取力,簡單點說就是發動機運轉、所產生的一部分功率,被機械增壓器拿走;好處在于發動機曲軸轉、機械增壓器也同步旋轉,所以機械增壓的最優秀之處在于起步就增壓、不存在任何的遲滯(理論、感官上皆不存在),其次在于終身免保養、潤滑油被密封在機械增壓器內部,運行穩定、不容易出現問題(機械增壓器幾乎避開了高溫),除了這為數不多的優勢,機械對比渦輪增壓、幾乎都是劣勢,所以機械增壓逐漸凋零了!

機械增壓的劣勢太多,比如潛力太小、成本太高、占用空間太大等等;機械增壓的潛力是很小的的,它畢竟是從發動機曲軸處取力,取得少時、可以獲益,取得多了、就造成了發動機的自我損耗,所以不能讓它取太多、所以機械增壓器的功率不可能太大;正因為如此、機械增壓的開口壓力最極限不過1.8Bar左右,增壓器轉速不過兩萬轉左右!而隨便一個渦輪增壓器轉速都在20萬轉左右,而開口壓力極限更是能達到3.5Bar左右、甚至達到更極限的4.0Bar的水平,所以這就是機械增壓的潛力不足的問題!

多小的排量,比如1.0L機器、掛上一顆渦輪就會有收益,因為渦輪是靠廢氣來做功的,驅動渦輪運轉的能量類似于白來的一樣(當然這是相對的角度),所以無論排量多低、配上一顆小渦輪都有好處;可機械增壓就完全做不到這一點;1.0L配機械增壓,機械增壓器不斷消耗發動機動力,而1.0L動力本來就差、大量被機械增壓器所消耗,那還談什么收益?那完全是負增長了,對吧?所以我們常見的機械增壓一般在3.0L以上!當然小排量機械增壓也有,比如大眾等一些歐系車企推出過的2.0L雙增壓發動機,機械增壓在起步、頭段發揮作用,之后轉速上來、排氣量足夠后,就變成渦輪增壓起作用了,所以小排量雙增壓、完全在用渦輪增壓彌補機械增壓的劣勢,而單獨的小排量機械增壓機器也存在、但太少,對性能的提升非常之差;所以機械增壓并不適合小排量!

機械增壓對空間要求很大

機械增壓器體積較大、布局起來費勁;如上圖所示、這就是個機械增壓發動機剖面圖,從圖上我們可以清楚的看出機械增壓器、是嵌在這v型發動機的v型夾角內的,這個夾角似乎就是為了機械增壓器所準備的?實際上機械增壓器與v型機的v型夾角是絕配;而如今的主流乘用車,v6機器越發少見(咱們國內市場),而直列四徹底普及,直列機器、配個小車身,塞入個渦輪增壓器容易、塞入機械增壓器是很困難的,比如給卡羅拉塞入個渦輪容易、塞入機械增壓器不是不行,改造成本太大、況且還得有定制的機械增壓器,而換來的除了高成本、就只有極差的潛力了(1.2T在性能上遠超1.2L機械增壓)!

機械增壓器成本太高

機械增壓器不同于渦輪增壓器,機械增壓器是需要專門設計的,簡單點說就是針對某些主機廠的需求專門去設計,有些??睿钍剑?、專用的味道,比如給說奧迪的v6設計的機械增壓器、其它品牌就用不了;不像渦輪增壓器那么容易替代,原廠的不用了、可以買那些升級套件,機械增壓沒有這么繁榮多彩;所以專用就導致了定制化、市場小、產量低的弊端,而這三種因素將直接導致成本上的提高,況且機械增壓器附件太多!
如上圖所示、這實際上就是一個機械增壓器的分解圖,可以從圖上看出它有多復雜,所需要的附件甚多;任何一款機械增壓器,都需要結合實際車型,開發專用的離合器、以及隔音系統,這些都導致機械增壓器的成本非常難以控制、市場也越來越小,而市場的不斷縮小、又導致成本再次提高,就這樣也就形成了惡性循環;渦輪增壓器一個型號、款式,可能適合很多款車型、品牌;而某款車的機械增壓器、只適合這款車,其它汽車品牌、都用不了;所以現如今機械增壓,很少有車子會用了!

過去機械增壓車其實也不多,更多是一些豪華大品牌車再用;畢竟那個時代的渦輪增壓器不成熟,大慣量、功率提升大、低轉速扭矩表現差、遲滯明顯,所以這種早期的渦輪特性并不適合那些豪華車,所以那些豪華、大排量車為了平順,本身又是大排量、大馬力(無需機械增壓提高太多),所以往往會不計成本的選擇機械增壓;可以視作為渦輪技術不成熟的一種風向標,而現如今的環境變了、機械增壓的存在意義都小了甚至已經消失,簡單點說環境變了、足以改變一切!

現如今的渦輪增壓技術成熟,小慣量、低轉速扭矩提升大、不過分追求極限功率,所以在遲滯方面有了很大的提高(理論存在、但很難感覺得到),而車輛又大多是小排量、直列發動機,所以并不適合機械增壓;就像上文鄙人舉的那個例子所描述的那樣,1.2T渦輪增壓性能要比1.2L機械增壓好得多、造價還便宜,那么為什么不用1.2T渦輪增壓呢?性能強、成本又低、燃油經濟性更合理,難道還非得為了情懷去選擇機械增壓;實際上夸機械增壓的朋友太多、太對,他們之中99%的朋友并沒有開過機械增壓,所以他們為什么會認為機械增壓更好呢?總而言之,機械增壓有它的優點、但它的缺點更多,更不適合當今主流的汽車環境、生態,所以逐漸的就少見了!


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