機械增壓和渦輪增壓有什麼區別嗎?
什麼是渦輪增壓、機械增壓、雙增壓,看完你就明白了!
現在的汽車發動機,越來越多的採用了增壓技術,它能使小排氣量的發動機發出比較大的功率和扭矩。根據結構的不同,有渦輪增壓、機械增壓及雙增壓三種形式,他們的結構及工作原理如何呢?又有怎樣的優缺點呢?今天老侯來給大家說說。
渦輪增壓系統
渦輪增壓大家並不陌生,平時在車的尾部都可以看到諸如1.4T、2.0T等字樣,這說明了這輛車的發動機是帶渦輪增壓的。渦輪增壓(Turbocharger)簡稱Turbo或T。
渦輪增壓是利用發動機的廢氣帶動渦輪來壓縮進氣,從而提高發動機的功率和扭矩(一般能提高30~40%,個別發動機會調校的更高),使汽車的動力性更強。
渦輪增壓器主要由渦輪機和壓縮機兩部分組成,之間通過一根傳動軸連接。渦輪的進氣口與發動機排氣歧管相連,排氣口與排氣管相連;壓縮機的進氣口與進氣管相連,排氣口則接在進氣歧管上。
到底是怎樣實現增壓的呢?主要是通過發動機排出的廢氣衝擊渦輪高速運轉,從而帶動同軸的壓縮機高速轉動,強制地將增壓後的空氣壓送到氣缸中。
渦輪增壓主要是利用發動機廢氣的能量帶動壓縮機來實現對進氣的增壓,整個過程中基本不會消耗發動機的動力,擁有良好的加速持續性,但是在低速時渦輪不能及時介入,帶有一定的滯後性。
上圖是某增壓發動機的外特性曲線圖,可以看出,發動機的轉速低於1750轉/分鐘時,扭矩比較小;而在1750——4000轉/分鐘的範圍內,維持一個比較高的扭矩區間;當發動機轉速超過4000轉/分時,扭矩又會下降。一般把發動機轉速低於1750轉/分時,發動機扭矩較小、動力不足的現象稱為渦輪遲滯。
機械增壓系統
相對於渦輪增壓,機械增壓(Supercharger)的原理則有所不同。機械增壓主要是通過曲軸的動力帶動一個機械式的空氣壓縮機旋轉來壓縮空氣的。與渦輪增壓不同的是,機械增壓工作過程中會對發動機輸出的動力造成一定程度的損耗。
由於機械增壓器是直接由曲軸帶動的,發動機運轉時,增壓器也就開始工作了。所以在低轉速時,發動機的扭矩輸出表現也十分出色,而且空氣壓縮量是按照發動機轉速線性上升的,沒有渦輪增壓發動機介入那一刻的唐突,也沒有渦輪增壓發動機的低速遲滯。但是在發動機高速運轉時,機械增壓器對發動機動力的損耗也是很大的,動力提升不太明顯。
雙增壓系統
雙增壓發動機,顧名思義就是指一台發動機上裝有兩個增壓器。如一台發動機上採用兩個渦輪增壓器,則稱為雙渦輪增壓發動機。如一台發動機上採用一個渦輪增壓器+一個機械增壓器,則稱為混合式雙增壓發動機。
01雙渦輪增壓發動機
如寶馬3.0L直列六缸發動機,採用的就是兩個渦輪增壓器。
針對廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現象,排氣管上並聯兩隻同樣的渦輪(每三個缸一組連接一個渦輪增壓器),在發動機低轉速的時候,較少的排氣即可驅動渦輪高速旋轉以產生足夠的進氣壓力,減小渦輪遲滯效應。
02
混合式雙增壓發動機
前面了解到,渦輪增壓器在低轉速時有遲滯現象,但高速時增壓值大,發動機動力提升明顯,而且基本不消耗發動機的動力;而機械增壓器,是發動機運轉直接驅動渦輪,沒有渦輪增壓的遲滯,但是是損耗部分動力、增壓值較低。那把它們結合一起就豈不是可以優勢互補了?
如大眾高爾夫GT上裝備的1.4升TSI發動機,設計師就把渦輪增壓器和機械增壓器結合到了一起。將機械增壓器安裝到發動機進氣系統上,渦輪增壓器安裝在排氣系統上,從而保證發動機在低速、中速和高速時都能有較好的增壓效果。
老侯點評:
發動機的這幾種增壓方式,各自有不同的特點。渦輪增壓低速動力不足;機械增壓高速動力不足,雙增壓發動機結構複雜,價格昂貴。未來,渦輪增壓是一個發展趨勢,工程師們正在努力消除渦輪遲滯現象,當這一難題解決後,增壓發動機的春天才真正到來。
買車的時候,有些車友喜歡沒買帶發動機增壓器的車型,而有些車友則是純粹的自然吸氣擁躉。在汽車市場,帶發動機增壓器的車型越來越多,因為雖然它有保養成本更高,故障發生概率相比自然吸氣更大的缺點,但是其省油,並在低排量的情況下輸出更大地動力,還是吸引越來越多的車友購買。即便一直堅守自然吸氣的日系車企也在使用小排量帶增壓器發動機。因為其能帶來與自然吸氣發動機非常不同的駕駛感受。
今天我們不談自然吸氣發動機好還是帶增壓器的發動機好。其實在增壓器發動機裡面也有卻區分的,如氮氣增壓、渦輪增壓、機械增壓等。因為氮氣增壓屬於賽車級別改裝不常用,所以這裡主要說渦輪增壓和機械增壓的區別和優缺點。你有其他的汽車問題,歡迎訂閱我們一起玩車。
其實,最早的增壓器都是機械增壓,機械增壓器直接利用引擎出力來驅動增壓器,再將高密度空氣送入汽缸內以提高引擎的輸出功率。機械增壓則被稱為Mechanical Supercharger,簡稱為Supercharger。
機械增壓發動機的壓縮機的驅動力來自發動機的曲軸,一般都是利用皮帶連接曲軸皮帶輪,間接將曲軸運轉的扭力帶動增壓器,達到增壓目的。機械增壓的特徵,除了在低轉速便可獲得增壓外,增壓的動力輸出也與曲軸轉速成正比,即機械增壓引擎隨著轉速的提高,增壓器輸出隨之增強,因此機械增壓引擎的操作感覺與自然吸氣極為相似,卻能擁有較大的馬力與扭力。
但是增壓器會消耗發動機的動力,它的轉速隨發動機轉速而改變,不會出現增壓滯後的情況,發動機低速運轉時效果極好,但它受發動機轉速限制,發動機在高速狀態下它會增壓不足。
大家比較熟悉的增壓發動機是渦輪增壓發動機,渦輪增壓是利用引擎的廢氣排放來驅動壓縮機。渦輪增壓器被稱為Turbo Supercharger,簡稱為稱為Turbocharger。
渦輪增壓器的原理利用發動機運轉時所排出來的廢氣,用廢氣來轉動渦輪增壓器中的排氣側轉子,而排氣側轉子與進氣側轉子是同軸異室,當渦輪增壓器排氣側轉子達到一定轉速時,帶動另一側的進氣側轉子,使進氣側轉子引進外來的新鮮空氣,經過壓縮倒入進氣歧管內,因此渦輪增壓發動機的進氣是非自然方式,是經過"吸進來,再壓縮"所以空氣壓力是大於大氣壓力的。
渦輪增壓不消耗發動機的動力,而且渦輪增壓器轉速極高,所增壓力也比機械增壓器高數倍。但由於渦扇有慣性,中間軸承也有相當大的阻力,廢氣突然增多時渦扇轉速不會再同時提高,這也就是渦輪遲滯。
渦輪增壓和機械增壓的優缺點。
渦輪增壓優點:增壓力道強,小排量能壓榨出超強的動力,比較省油。比如本田汽車曾用渦輪增壓技術,在排氣量不過才1.5L排量的發動力上,壓榨出輸出1500匹超強馬力!
渦輪增壓缺點:結構複雜,故障率相比機械增壓會更高。渦輪增壓器不得不面對的就是高溫會加快機油和金屬的氧化,所以渦輪增壓引擎必須選用耐高溫、抗氧化好的優質機油,而且機油更換周期會相應縮短,才不容易產生氧化物。同時也要解決冷卻的問題,為了增加進氣的含氧量,渦輪增壓車大多會增加進氣冷卻器來降低壓縮空氣的溫度。冷卻水箱、節溫器也需要適當加大、提高散熱效率。
機械增壓優點:結構相比起渦輪增壓簡單,只要引擎在運轉,機械增壓就自然而然的產生,引擎轉速越高加壓力度就越大。沒有渦輪增壓所產生的那種遲滯現象,加速感受相當線性化,與自然吸氣引擎差別不大。
機械增壓缺點:機械增壓器靠皮帶帶動,驅動力還是引擎,會消耗發動機的動力,所以其省油表現沒有渦輪增壓好。另外它受發動機轉速限制,發動機在高速狀態下增壓器會變成發動機的負載,增壓不足。
為什麼大家比較少見機械增壓?
現在大家接觸比較多的都是渦輪增壓發動機,因為渦輪增壓發動機主要用於小排量發動機,這迎合家用汽車的發動機需求。而機械增壓主要是面對大排量發動機,因為機械增壓需要發動機有足夠大的扭力帶動機械增壓器,同樣需要發動機的主要出力段在低於4500RPM的低速段,因為高轉速下機械增壓器會變成發動機的負載,導致增壓帶來的功率增長還不如增壓器耗費的功率,那就入不敷出了。所以機械增壓發動機主要搭載於大排量的跑車或者大排量的越野車上。
有沒有雙贏的辦法?
一些廠家為了中和兩種發動機的優缺點,採用雙增壓技術,實現機械增壓與渦輪增壓的增壓互換,也可以讓兩套增壓系統同時為發動機工作。但這個的成本就非常的大了,主要用於昂貴的跑車。
渦輪增壓和機械增壓都是增加氣缸的空氣密度,從而燃燒更多的燃料在不提高排量的情況下,以至於馬力的提高,但是兩種增壓器的運轉原理不一樣,渦輪靠燃燒的廢氣帶動運轉,機械增壓靠發動機的轉動來帶動運轉,機械增壓的渦扇轉速於發動機轉速一致,下面我會具體分析這二者的不同,以及優缺點:
優缺點
渦輪增壓:渦輪增壓是利用發動機產生的廢氣推動排氣管中的渦扇帶動進氣管中的渦扇轉動,進行間接增壓,不消耗發動機的動力。渦輪增壓轉速極高,所增壓力也比機械增壓器高數倍。但由於渦扇有慣性,中間軸承也有相當大的阻力,廢氣突然增多時渦扇轉速不會再同時提高,這也就是渦輪遲滯。(目前由於小渦輪的普及,介入轉速較低,所以遲滯問題基本得到解決)由於工作環境處於極高溫狀態,對渦輪的生命力產生一定的削弱。
機械增壓:機械增壓是利用發動機本身的動力,來帶動一個壓氣機,進行增壓。增壓器會消耗發動機的動力,它的轉速隨發動機轉速而改變,不會出現增壓滯後的情況,發動機低速運轉時效果極好,但它受發動機轉速限制,發動機在高速狀態下它會增壓不足。機械增壓更加線性,因為轉子轉速與發動機同頻,但是機械增壓由於靠發動機本身的動力帶動,所以對排量要求較高,這也解釋了,大部分機械增壓發動機最小也要在2.5l排量以上的原因了,因為排量不夠發動機本身的動力會被削弱。
渦輪增壓和機械增壓,都是用強制進氣的方式,提升發動機的動力,但二者工作原理不同,實際效果也有差異。
渦輪增壓器英文為Turbo Supercharger,機械增壓英文為Mechanical Supercharger,後來又逐漸稱呼為Turbocharger與Supercharger,簡寫「T」和「S」。
「T」和「S」,是渦輪增壓和機械增壓的第一個區別。
簡單來說,機械增壓器是直接利用引擎的動力來驅動增壓器;而渦輪增壓則是利用引擎排放廢氣時的氣流來驅動壓縮機,所以渦輪增壓又常被稱為廢氣渦輪增壓。
驅動形式的不同,是渦輪增壓和機械增壓的第二個區別。
機械增壓在設計理念上更加直接,因此他比渦輪增壓要早得多。最早的機械增壓系統出現在1920年代的格蘭披治(Grand Prix)賽車上,而渦輪增壓直到1970年代才開始興起,北歐瑞典的Saab薩博公司是第一家把渦輪增壓器應用到汽車產品上的汽車製造商。
誕生時期的巨大差異,這是渦輪增壓和機械增壓的第三個區別。
由於渦輪增壓是通過發動機的廢氣推動渦輪,當發動機廢氣量少的時候,渦輪轉得慢,增壓器效果就不明顯,需要等到發動機轉速上升到一定程度才開始正常工作,這種發力方式常被稱為「渦輪遲滯」。而機械增壓機則是直接通過皮帶接到發動機輸出端,發動機轉的那一刻增壓就開始,既有自然吸氣的線性,而且響應也很快。
動力輸出線性不同,是渦輪增壓和機械增壓的第四個區別。
由於機械增壓的動力來源就是發動機輸出的動力,無疑這會給發動機帶來負擔,所以小排量發動機一般不會採用機械增壓方式;而現在渦輪增壓則多被安裝在小排量發動機,以實現小排量輸出大動力的目的,應對各國按排是徵收的稅費;甚至一些中型車都使用上了小排量渦輪增壓發動機。當然,大排量性能車也會使用渦輪甚至是多渦輪,這就是為了動力的需要了。
在使用範圍上的不同,是渦輪增壓和機械增壓的第五個區別。
因為原理上的不同,機械增壓和渦輪增壓並非是不可調和的技術,甚至他們還能被安裝到同一款發動機上,比如大眾1.4TSI雙增壓發動機(不過國內生產的1.4TSI發動機取消了機械增壓和分層燃燒,只保留了渦輪增壓和缸內直噴)。這樣可以把二者的優點結合起來,解決渦輪遲滯的問題和機械增壓效率的問題。
本質上並不衝突,這是渦輪增壓和機械增壓的又一個特點。
我們現在在市面上看到的帶「T」的車型其實都是渦輪增壓車型,渦輪增壓最大的好處就是「白用」。增壓器利用發動機排出的廢氣來推動輪葉,從而帶動壓縮機工作,就可以在單位時間內讓發動機吸入更多的空氣以獲得強勁的動力。所以說,渦輪增壓發動機「壓榨」出來的動力沒有耗費任何發動機的動能,也就是我剛剛說的「白用」。
不過,由於渦輪增壓發動機獨特的特性,在起步和發動機轉速較低的時候會明顯感覺到低扭不足,也就是我們訴說的「肉」。為了解決渦輪增壓發動機動力遲滯的現象,各大汽車企業通過減小輪葉慣量來緩解這個問題。
當然,除了渦輪增壓發動機外,還有機械增壓,而機械增壓就有效的解決了動力遲滯的問題。由於機械增壓的皮帶直接與發動機相連,所以當車輛啟動發動機轉動時,機械增壓也就同時開始工作,也就不存在什麼動力遲滯的問題。不過,也正是因為機械增壓與發動機直接相連,機械增壓工作的話會消耗一部分發動機的動能,在高速下行駛會不佔便宜。
我想肯定有人會問了,既然一個渦輪增壓發動機可以在高轉速下發揮最大性能,機械增壓可以在低速下發揮最大性能,為什麼不把兩個拼在一起呢?其實在市場中是有很多搭載雙渦輪增壓的車型,只不過大多應用在價格略高的性能車。
渦輪增壓和機械增壓有什麼區別?
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機械增壓也就是頭文字D里說的超級增壓,它也有渦輪只是驅動的形式不同,美國大腳汽車比賽的車輛都是這種增壓形式,它是由發動機直接帶動渦輪增壓器。這種增壓形式的好處就是就是只要發動機啟動增壓器就開始正常的工作,增壓器所產生的壓力與發動的轉速的關係更加的直接,渦輪遲滯的感覺沒有幾乎沒有。但是受到發動機轉速的限制,並且是消耗了部分動力,所以在高轉時增壓出來的效果並不是那麼好。 渦輪增壓也叫廢氣渦輪增壓,它與機械增壓不同的地方在於它的驅動形式為發動機工作時產生的廢氣慣性衝力來推動渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增快,廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快,葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量就可以增加發動機的輸出功率。廢棄渦輪增壓有有點也有缺點,優點更低的造價,更高的效率,缺點可靠性低於機械增壓,這於它的工作工況有直接關係常規的廢氣渦輪工作轉速都在5000~萬轉以上,廢氣的溫度本身就很高了,再加上高轉所以壽命絕對不如機械增壓。廢棄渦輪都會有一點點渦輪遲滯,這與它的驅動形式有關,這個遲滯時間隨著技術的革新也在不斷減少。 現在有的高端車型有的採用的是複合式的增壓,機械+渦輪或者雙渦輪,當然這基本都是百萬以上的車型才會出現。
先簡要介紹一下兩種增壓方式
1.渦輪增壓系統
結構,工作原理略過不談,這種系統直接利用廢氣能量,不僅不額外消耗功率,多數工況下還對活塞作泵氣正功;增壓後在保持發動機低工況性能基本不降低的同時,中、高工況的動力輸出、燃油經濟性和排放都可得到大幅度改善;再加上現在增壓器的體積重量和成本不斷降低,可靠性不斷增加,使得這種增壓方式在車用發動機上運用得越來越廣泛了。2.機械增壓系統這種系統的壓氣機是直接由發動機曲軸通過傳動裝置驅動的,因為機械傳動的動態響應比排氣快,對排氣系統也沒有干擾,這是它的優點。並且,不像渦輪增壓中存在渦輪遲滯(低轉速時渦輪增壓不啟動),機械增壓的效果受轉速影響比較小,在各轉速工況下都可以獲得相近的增壓效果。所以機械增壓特別適合用於改善發動機低速工況的動力輸出,因而在賽車發動機和追求低速加速能力的高檔乘用車發動機有廣泛應用。在歐洲低檔車大部分都是柴油機,對於柴油機來說,因為其轉速區間小,排氣壓力大,渦輪增壓天生比機械增壓更適合柴油機。所以,在我看來就是出於這個原因,歐洲廠家為了應付越來越嚴苛的排放法規,選擇了走降低排量,上渦輪增壓這條路線,造成了今天渦輪增壓更普及的局面。
至於題主問那種技術更優秀,我覺得增壓只是一種強化發動機,改善排放的手段,兩種增壓方式的用途也有一定區別,恕我不敢定論。
新手答題,如有不足請多多指教。你可以這麼理解,機械增壓好比綁在發動機上的一個打氣筒,只要發動機工作它就揣氣,發動機帶著它也挺累的,會因為它額外增加一些油耗,渦輪增壓好比在排氣道安個雙葉輪的風車,一頭在排氣道,另外一頭在進氣道,它利用排氣的氣流吹動它旋轉,帶動進氣道葉輪向氣缸內吹氣,說白了就是不花錢蹭尾氣吹進氣,低轉速時蹭的效果不明顯幾乎可以忽略,高轉速時挺給力
渦輪增壓是利用發動機的廢氣能量來進行空氣壓縮,提高進氣量,由於發動機低速排氣流量小,所以發動機低速區渦輪增壓無法正常工作而且渦輪增壓都會有遲滯。機械增壓是利用發動機作為動力源來驅動增壓裝置,可以實現發動機全速區域工作,而且不會有遲滯問題,但是機械增壓會消耗發動機的能量,增加發動機負荷。基於兩種增壓方式不同的特點,很多發動機會同時採用這兩種增壓方式,取長補短,形成優勢互補,彌補各自不足。
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