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发动机增压是很传统的提升动力和燃油经济性的措施,同时它还能减少发动机有害废气排放量,随着新技术的不断发展增压技术也在不断进步。传统的涡轮增压和机械增压都存在着不如人意的地方,把两种技术结合在一起不失为一种解决方法。
今天用在汽车发动机上的增压器根据结构的不同主要分为两类——机械增压和涡轮增压。早期的增压器都属于机械增压,被称作“超级增压器”(Supercharger),后来涡轮增压器发明了,就被称为了Turbocharger。
机械增压器就像空气压缩机
机械增压器就像发动机的附件转向助力泵一样安装在发动机上,并由发动机皮带驱动,将压缩空气输送到进气歧管。机械增压器结构简单,工作温度介于70度～100度,不需特殊冷却系统,机件维护简单。不过增压值会随发动机转速的提高而降低,当达到某一界限时,由于本身的阻力增压器反而会成为发动机的负担,严重影响发动机转速的提升。因此,目前欧洲生产的机械增压系统多半采取低增压。它的优点是转子的速度与发动机转速是相对应的,没有滞后,动力输出流畅,成本低。缺点是要消耗发动机动力,机械增压容易产生噪音。
像奔驰公司的小排量汽油发动机就使用了机械增压器。SLK两款机械增压4缸发动机输出12OkW和145kW,强调了低速高扭矩,SLK2.OCKOMPRESSOR在2500rpm时就达到了最大扭矩230Nm,综合油耗只有8.8L/1OOkm,以4缸发动机的燃油特性达到6缸发动机的扭矩特性。这种机械增压器是奔驰和Eaton公司联合开发的,性能非常出色,增压器的最大转速达到14000rpm。
涡轮增压是利用发动机排出的废气驱动增压器,由于废气有上千度,需要增设空气中间冷却器来给高温压缩空气进行冷却。优点是增压效率高于机械增压,缺点是受发动机转速影响,低转速时效果不明显,待发动机提升到一定转速时才会有出色表现。
涡轮迟滞也是涡轮增压发动机面临的最大难题。在低转速时,涡轮增压器没有介入,同时废气仍然要驱动涡轮旋转,排气没有自然吸气发动机顺畅,此时的发动机扭力输出要比同等排量的自然吸气式发动机还要弱。
随着发动机的转速升高,例如突破3000转以后,涡轮增压器突然介入,这个时候产生的动力将陡增。这种动力的突然增加影响了动力输出的平顺性。尽管涡轮增压能给发动机带来更强的动力输出,但是作为一台民用汽车,流畅的动力输出是非常重要的,而涡轮迟滞会给驾驶舒适性带来一定影响。
以双增压技术来克服缺陷
机械增压有助于低转速时的扭力输出,但是高转速时功率输出有限;而废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出,但低转速时则力不从心。发动机的设计师们于是就设想把机械增压和涡轮增压结合在一起,来解决两种技术各自的不足,同时解决低速扭矩和高速功率输出的问题。
2005年,大众开始将这套技术装配到量产的民用车型高尔夫1.4TSI上,这套系统被称作“双增压”,兼顾了低速扭力输出和高速功率输出。在低转速时,由机械增压提供大部分的增压压力,在1500rpm时,两个增压器同时提供增压压力,其总增压值达到2.5bar(如果涡轮增压器单独工作,只能产生1.3bar的增压压力)。
随着转速的提高,涡轮增压器能使发动机获得更大的功率,与此同时,机械增压器的增压压力逐渐降低。机械增压通过电磁离合器控制,它与水泵集合在一起。在转速超过3500rpm时,由涡轮增压器提供所有的增压压力,此时机械增压器在电磁离合器的作用下完全与发动机分离,防止消耗发动机功率。
1.4升的高尔夫”双增压”(Twincharger)发动机在双增压器的作用下最大输出功率为125kW,最大扭矩为240Nm。从O至1OOkm/h只需7.9秒。1.4L动力达到2.5L发动机水平,但油耗却降低了20%,平均油耗只有7.2L/1OOkm。在1750rpm就发出了最大扭矩240Nm,并一直到4500rpm。
优点是适合全部工况。缺点是结构复杂,在高转速区域的动力表现并不突出。按大众公司的解释,性能并非这台发动机的主要诉求,动力输出的顺畅度与经济性才是重点。看来其它各大汽车公司都没有力推此技术是因为它缺少鲜明的个性。 |
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发表于 2007-6-8 13:23
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