增压方式原理

解读汽车增压系统（下）涡轮与机械增压

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责任编辑：任飞发布时间：2011/3/22 8:00:00 |来源：类型：原创

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涡轮增压和机械增压，是发动机增压的两大方式。不同的结构类型，让两种发动机有着不同的性格。两者的工作原理有着怎样的异同？在下面的文章里会给予详细的解析。

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涡轮增压篇

上篇文章讲过，涡轮增压以废气为动力带动两个涡轮为发动机提供更多的空气，或者我不说你也知道。但是涡轮增压这种形式又有什么样的特点亮点优点缺点呢？往下看。

充分压榨发动机动力

提到发动机提升动力，首先想到的就是涡轮增压。没错，这是最常见的形式。加一个涡轮，民用车上的涡轮可以将进气压力提升至0.5-1bar，将动力大幅度甚至成倍的提升，这个诱惑力很大。而赛车上的涡轮增压值则更高，可以几倍提升原始排量发动机的动力。

一定程度的节油功效

而涡轮增压最大亮点即是将尾气动力充分利用，在做功行程之后，发动机排出的尾气仍有一定动能和热量，直接排出未免有些浪费，涡轮增压器正好可以吸收这部分能量，以弥补进气时的“泵气损失”。而且尾气在经过涡轮之后，温度会有一定幅度下降，这不单纯是将内能传递给涡轮，很大程度是将内能向动能转化的过程。这就进一步利用了燃油产生的能量，优化了能耗。

性格有点分裂

涡轮增压发动机上，涡轮不是始终运转的，在低速时，涡轮不介入，相当于相同排量的自然吸气发动机（甚至更低一些，因为压缩比降低了）。而在1500-2000转速时介入，强大扭矩随即输出，所以在2000-3000转时就会得到最大扭矩，相当于排量增加，此时发动机就会很“有劲儿”，不用深踩油门，超车和加速依然也可以很容易，而且因为此时转速并不高，活塞往复次数也不多，摩擦降低，油耗自然表现优异。而涡轮增压的节油效果不仅于此，在涡轮不介入时的低转速下，发动机处于相对较低的功率，这在怠速运转，低速起步和中速巡航时，相当于一台小排量发动机，油耗自然可以控制了。

小脾气与大问题

正因为涡轮不是一直在工作，所以有无涡轮，发动机是两个性格的，尤其是在低转速加速时，不会立即得到最大动力，而是经过短暂的转速提升后，涡轮介入，动力陡增，显得很突兀，让人觉得不是很舒服，这就是涡轮增压发动机的一大通病——“涡轮迟滞”，这在早期涡轮增压发动机，以及采用了大号涡轮的赛车、改装车上非常明显。

而且涡轮增压器的工作环境可以用水深火热来形容。发动机排出的尾气有700-900℃，不假思索，全部吹到涡轮上，而另一端压气涡轮那边也不容乐观，每分钟十几万甚至更高的转速的涡轮强烈搅动空气，除将空气压缩而产生的热量之外，空气摩擦产生的热也不容小觑，加上另一边废气的热量，整个涡轮的温度都非常高，而且因为这种六位数的转速，涡轮轴承不同于一般滚珠轴承而采用在润滑油中浮动的行驶，如果没有良好的散热和润滑，这只涡轮很快就会挂掉，并且因为早期涡轮油封不够理想而烧机油。这些诸多因素都影响了涡轮增压在当年的口碑，这就是是为什么涡轮增压车型要用高级别的机油，为什么早期车型在冷启动和停车时要低速运转的原因，也是很多人觉得涡轮增压“伤不起”的原因了。

不要太过紧张

其实当前的涡轮增压发动机已经没有那么“矫情”了，汽车工程师绞尽脑汁想尽一切解决的方法，VGT可变涡轮截面技术、小惯量涡轮的使用，让这种感觉不再明显，停车冷却循环，更高级别的加工工艺等，让这些常见的弊病都已经大为改观。涡轮增压已经完全适应了这个社会，而不是孤傲的杵在风口浪尖了。

机械增压篇

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。

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。

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，