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非增压发动机与增压发动机的对比

日期时间:2012-7-24 11:30:27

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由于各国对汽车尾气排放的要求越来越高,越来越多的小排量增压发动机被开发出来并装配到大部分车型上,同时增压技术也被越来越多的汽车厂商所重视。过去20年当中,涡轮增压技术被广泛的应用于柴油发动机上,但随着排放要求不断提高,柴油机尾气的颗粒问题仍然是现阶段柴油机排气和涡轮增压系统所难以解决的难题。

同样,在汽油机的增压技术应用上,曾经很多车厂尝试给小排量发动机使用涡轮增压技术,但由于涡前的高温和燃烧室高温,并不能从本质上降低尾气排放,只能通过废气再循环和三元催化等技术来尽量弥补涡轮增压系统的缺陷,另外就是增压器和发动机设计完全是独立的两个部分或是两个公司,涡轮增压器和发动机使用气动连接,不能完全同步动作,所以涡轮增压器和发动机匹配也是比较头疼的问题。

对于汽车改装领域,现在大多数人认为给自然吸气发动机加装涡轮增压是提高动力的最好途径。由于现在涡轮增压器本体的成本较低,而且很多店家也较多的机会接触到改装涡轮增压系统,即大部分人比较容易接受涡轮增压的改造。而且加装涡轮增压系统之后,相对于原车的动力来说提升确实很明显,所以很多车主也就比较乐意为自己的车安装这么一套系统

由于市面上流通的涡轮增压器质量层次不齐,有日本的,美国的大品牌,也有台湾的一些小厂牌,还有国产的一些仿造品和自主品牌。套件的价格也有很大的差别,从35万到万元以内,车主在产品的选择上也很挠头。而且各个店家施工手法和技术能力也是各有千秋,所以很多车主在套件售后的问题上有很大的疑虑,到底装完之后车子能用多久,到底装完之后对发动机有什么损伤,到底安装的产品是什么品质,别说车主了,即便是很多店家自己都搞不清楚。

如果要探讨自然吸气发动机加装涡轮增压系统的利弊,那么就要从发动机的设计角度去进行剖析涡轮增压发动机和自然吸气发动机到底有哪些区别。这里面涉及到的专业知识比较多,我只能理解一些皮毛,就没办法剖析更深层次的东西了。简单来说主要有以下几个区别。

大部分人最容易理解的就是发动机部件的材质,比如活塞,活塞环,连杆,汽缸臂,气门等。涡轮增压对发动机内部机件的要求要远高于普通的自然吸气发动机,活塞,活塞环,连杆,轴瓦和排气气门要比自然吸气发动机的工作温度更高,连杆和活塞所要承受大压力大很多。而排气气门的材质也是涡轮增压发动机和自然吸气发动机非常重要的区别之一,由于涡轮增压是安装在排气系统的一个增压装置,在增压器工作时,增压器和气门室之间始终有很高的排气压力来推动增压器叶轮转动,那么排气压力高所导致最直接的现象就是温度高,所以对排气气门的材质要求要比一般自然吸气发动机高得多。

以上说的是硬件的区分,那现在说说软件的区别。简单来说是进排气气门夹角设计不同。为什么?这个牵扯到发动机的VEVE=容积效率。自然吸气发动机和涡轮增压发动机最高VE点设计是完全不同的方向。自然吸气发动机,顾名思义,是靠活塞向下运动时,燃烧室内产生压差,把外面的空气吸进来,在高VE的区间内进排气门的夹角比较小,来保障吸进来的空气尽量少的从排气气门排出去。而涡轮增压发动机则完全不同,由于燃烧室和增压器之间始终都有压力存在,涡轮工作压力越高,那么燃烧室内的压力也就越高,即便是活塞处在下止点的时候燃烧室内同样存在来自于排气的压力,所以增压发动机需要更大的气门夹角,利用来自于增压器压气机端的进气压力,把燃烧室中的废气排出去。

由于这个软件的区别,会使自然吸气发动机安装涡轮增压之后造成燃烧室高温和排气高温,并且增加爆震的现象。并且排气气门的寿命会极具缩短。

散热,众所周知,涡轮增压对发动机造成最大的困扰就是高温,那增压发动机自然就会有更好的散热能力。所有涡轮增压发动机在活塞下方都会配备机油喷嘴,来给每个活塞降温。中缸水道的设计也有很大的区别,一般涡轮增压发动机中缸的水道总长度远长于自然吸气发动机。

简单来说,给自然吸气发动机加装涡轮增压,就是以减寿的代价来榨取动力。

话又说回来,难道自然吸气的发动机就只能通过增加压缩比,高角度凸轮轴等高成本低回报的方式来增加动力么?非也。

机械增压是另外一种增压形式,通过皮带与曲轴皮带轮连接,和发动机同步运作。机械增压常见的主要是最老式的Roots Type鲁式增压,Twin Screw type也被称为Lycholm Type双螺杆式,还有Centrifugal离心式。

对于这几种形式的增压器,所表现的空气流量曲线和温升也有很大差别。不过机械增压所带来的好处是很相近的。除了离心式的增压器之外,另外两种形式的机械增压空气流量区县的表现形式相似。因为离心式的空气流量,转速,压比等参数都是成平方的比例关系,和典型的机械增压完全不同,所以在此讨论的机械增压不包括离心式增压器。

机械增压的优势在于温度低,和发动机同步运作,没有延迟,扭力峰值出现的早,动力输出线性,不牵扯排气系统的改造,工作转速低,稳定性好,寿命长。

双螺杆式的机械增压由于是内部压缩,吸进来的空气在增压器内部压缩,空气与壳体,空气与空气之间几乎没有摩擦,所以产生的额外热量微乎其微,也就是说发动机给增压器的动力大部分是用来压缩空气而不是产生热量(相对于涡轮来说)。所以进气口温度和出气口温度的温升很低,这就是为什么我跟所有人说双螺杆式机械增压不是必须用中冷器的。

鲁式增压只是个简单的空气泵,也可以成为风扇,只是简单的把外部空气吹到发动机进气管路内,没有内部压缩行程,空气在进气管路内进行压缩,这称之为外部压缩(涡轮是内部+外部压缩),所以当进气管路内压力高于外界压力时,会产生空气回流的现象,而且在压缩过程当中会产生大量的热量,这就是为什么很多人认为机械增压不能打高增压的原因。

机械增压由于是容积式压缩机,所以空气流量和转速是成简单的正比关系,空气流量线性上升,所以当发动机转速升高的时候机械增压会同步提升转速并吸进来成比例的空气,所以和发动机的匹配比较容易也比较好。增压之后的动力曲线基本上和原厂曲线是平行的提高,而不是像涡轮增压之后的巨大差异。

另外,机械增压系统只是在发动机的进气测进行改造,并不牵扯到排气问题,不像涡轮那样对排气系统造成巨大的额外压力,排温,排压和燃烧室温度都很容易控制。

一般机械增压的最高工作转速在15000转以内,而且内部结构简单,相对涡轮的十几万转的转速来说,要稳定得多,寿命要长得多。并且不需要特殊的保养和维护。