【图】解读汽车增压系统(下)涡轮与机械增压

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机械增压

  同涡轮增压一样,机械增压也是通过增加发动机的进气量而提升引擎的动力。不过没有涡轮增压那么暴躁,是一种很稳健的力量。

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压榨归压榨,但合作亲密无间

  机械增压的压气机直接取自发动机的动力,也就是说只要发动机一启动,机械增压就在运转,只要车辆开始前进,驱动车辆的就是已经被机械增压增强了的动力,此时的发动机,相当于扩大了排量,在低速时,机械增压比涡轮增压有更好的表现。

  而且动力提升幅度,是和节气门的开度同步的,不会像涡轮增压一样,有个明显的发力点。这就可以通过油门精确的控制车速,在操控表现上机械增压更占优势。

不温不火,悠然自得

  由于机械增压器没有排气的事儿,所以工作环境温度不高,也因为没有高速涡轮形成的扰流,增压后的空气温度也不高。而且压气机最高转速“仅”为20000-30000转,且没有太高的温度,所以对润滑和冷却也没有太高的要求,工况也就更稳定。
  不过机械增压是要消耗引擎动力的,所以从这方面看,经济性略低一些。而且单级压气机增压幅度有限,在高转速时增压的难度几何增加,形成瓶颈。一般机械增压器增压幅度在0.6-1.2bar左右,最高不过1.5bar,而涡轮增压很容易达到1.5bar。但这不算什么问题,使用机械增压的民用车型往往都突出平顺性而对动力的提升没有过分的要求,1bar的增压已经足足够够了,很多车型都在0.5左右,而且机械增压只不过是为了改善进气环境充分发挥发动机性能而已。虽然浪费一些动力,但是让动力提前输出也可以将功补过,平衡油耗。

机械增压家族哥仨

  机械增压器的压气机有罗茨、双螺杆和离心式三种形式,其中离心式压气机造型和原理非常类似半个涡轮增压器,除了实时响应之外其他效果与涡轮增压无疑,接下来着重介绍罗茨与双螺杆压气机的异同。
  早年间机械增压器使用的是罗茨鼓风机,采用容积泵结构设计作为压气形式。身形重,噪声高是它的一大特点,所以只用在大型柴油机,以及追求起步加速的0-400加速比赛上。

  后来诞生了双螺杆结构的压气机,较小的造型和噪音使其成为机械增压阵营中的新生力量,良好的密闭性和内部压缩特点使其性能表现优异,但较为精细的结构,和运行时的摩擦也制约了双螺杆式机械增压的发展。

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  目前的压气机大有将罗茨式与双螺杆式统一的趋势,罗茨压气机的转子采用了双螺杆的式样,让气流更平缓一些(相当于之前介绍的直齿齿轮和斜齿齿轮的区别),双螺杆压气机也采用了罗茨式的同步运转方式,降低直接接触带来的摩擦。但两者仍有区别。

  罗茨压气机的气流是由上部进入,然后流入缸壁和转子下方组成的相对密闭的气室,两个转子旋转并减小气室空间,将空气向下挤出。这个过程中,气室内压力与压气机后方一致,故属于外压缩方式,有时会因气压的波动引起喘振,并因为两个转子并不是紧密结合,压气效率不高。而双螺杆压气机的空气是进入两个螺杆轴与缸壁密封的空间后,随着两个螺杆的啮合(非直接接触但缝隙极小),空间逐渐减小,当压缩到一定程度时,由另一侧的出口排出,这个过程中,空气已经明显压缩,所以属于内压缩方式,气流在排出时更为顺畅。

  目前大部分机械增压车型多为罗茨式压气机,而部分高性能车及改装零件厂商则倾向双螺杆压气机。

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伊顿TVS机械增压器转子,虽为双螺旋式样,但仍为罗茨结构

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双螺杆机械增压器,两个转子啮合非常紧密

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