關于機械增壓(supercharge)和渦輪增壓(turbocharge)的爭議一直都沒有停止過。渦輪增壓剛出來的時候,承受了各種吐槽、爭議,無論是消費者還是媒體對渦輪增壓器執(zhí)行器的評價都很差。雖然如今渦輪增壓已經被大眾所接受,但在部分人眼中,渦輪增壓車型依然不如自然吸氣和機械增壓。那么,渦輪增壓和機械增壓的區(qū)別到底在哪?它們的應用場景又有何不同呢?
更強的動力需要更多的空氣
內燃機所能產生的功率主要取決于它能燃燒多少燃料,以及它能多快、多有效地將燃燒產生的熱能轉化為機械能。但是燃料需要空氣(實際上是空氣中所含的氧氣)來幫助燃燒,所以發(fā)動機的輸出功率很大程度上取決于燃燒燃料所需要的空氣量。
因此,就產生了這樣一個共識——給發(fā)動機提供比平時更多的空氣,這樣它就可以燃燒更多的燃料,產生更強的動力。這些額外的進氣可以由渦輪增壓器或機械增壓器提供。這兩種都是空氣壓縮機,但它們的操作和性能非常不同。
兩種技術有一個共同目的
渦輪增壓發(fā)動機工作演示
渦輪增壓器利用從發(fā)動機氣缸中噴出的灼熱(和膨脹)的高速和高熱量廢氣來驅動渦輪,然后渦輪驅動小型壓縮機或葉輪,葉輪又將更多的空氣塞回發(fā)動機。機械增壓器同樣是向發(fā)動機中輸入額外的空氣,但它是由發(fā)動機通過曲軸上的皮帶或電動機機械驅動的。
機械增壓器實體工作演示
渦輪增壓和機械增壓各有優(yōu)缺點,但明顯的區(qū)別是,搭載渦輪增壓器的汽車起步時,油門響應會有輕微的延遲,尤其是當你猛踩油門時。原因很明顯,渦輪增壓器需要一段時間來“轉起來”,然后才會釋放出額外的能量。當你踩下油門踏板后,需要一秒鐘的時間來增加排氣的熱量和壓力,使渦輪旋轉起來,這被稱為“助推延遲”或“渦輪延遲”。
相比之下,機械增壓器就沒有“渦輪延遲”的現(xiàn)象,因為它的氣泵直接與發(fā)動機的曲軸相連,所以它在發(fā)動機啟動時便跟隨旋轉并能立即做出反應。機械增壓發(fā)動機提供的動力很直接,因此你通過臀部下的座位便能感覺到持續(xù)而強大的動力輸出,同時你油門踩得越深,這種感覺越強烈。
機械增壓發(fā)動機工作演示
雖然渦輪增壓器的主要缺點是升壓滯后,但它的能效要比機械增壓器做得更好。因為機械增壓器使用發(fā)動機自身的動力來帶動工作,所以當發(fā)動機轉速上升時,它會吸走越來越多的動力,也正是這個原因使得機械增壓發(fā)動機的燃油效率往往較低。相比而言,渦輪增壓器的能效要更高一些,因為它是由發(fā)動機排出的廢氣來帶動的,不會額外消耗過多發(fā)動機的動力。
渦輪增壓成為主流的原因
很明顯,絕大多數(shù)汽車制造商已經在渦輪增壓和機械增壓之間做出了選擇(起碼渦輪增壓已經成為了大趨勢),渦輪增壓憑借其較大的優(yōu)勢勝出。這與動力的強弱無關,而是與燃油效率有關。無論是歐美還是中國,對燃油經濟性和溫室氣體排放的要求和標準變得越來越高,再加上油價持續(xù)上漲使得消費者對燃油經濟性更加重視,促使絕大多數(shù)汽車制造商選擇了渦輪增壓而非機械增壓。
渦輪增壓器的普及使用也推動了另一個發(fā)動機發(fā)展的趨勢,那就是排量越來越小。很多汽車制造商已經開始使用更高效的渦輪增壓四缸發(fā)動機來取代許多V6發(fā)動機,因為渦輪增壓四缸發(fā)動機的氣缸雖然減少了,但是卻能夠提供V6發(fā)動機同等的動力,而且渦輪增壓四缸發(fā)動機通常還能夠提供更大的扭矩。此外,帶渦輪增壓的六缸發(fā)動機也在逐步取代V8甚至是V10/V12/W12發(fā)動機。
據全球信息調查公司IHS Markit統(tǒng)計,2018年約有220款車型提供了至少一款渦輪增壓發(fā)動機,而只有30款車型配備了機械增壓發(fā)動機。
電動增壓:或許會成為新潮流
市場上出現(xiàn)了除渦輪增壓和機械增壓之外的第三種增壓方式:電動增壓。2019款AMG CLS53和E53等性能車型上提供了一種全新的搭載渦輪增壓器的429馬力3.0升六缸發(fā)動機,重點是這款發(fā)動機還配備了電動增壓器,以彌補渦輪增壓發(fā)動機的渦輪遲滯現(xiàn)象。電動機使壓縮機旋轉,在低轉速時帶動增壓器工作。
該裝置的制造商博格華納表示,電動增壓器“在渦輪增壓器接管之前,可按需提供增壓,提高發(fā)動機低速時的增壓能力,而且?guī)缀蹩梢酝耆郎u輪遲滯現(xiàn)象”。 電動增壓作為今后渦輪增壓的一個補充,或許會在未來逐漸成為主流,這就有點像48V輕混那樣。
與此同時,在這場持續(xù)數(shù)十年的動力增壓技術之戰(zhàn)中,我們有了一個明顯的贏家——至少汽車制造商是這樣認為的,他們目前生產的增壓發(fā)動機幾乎都采用渦輪增壓形式。但實際上,這場扳手腕比賽仍在繼續(xù)。有跡象表明,內燃機的未來將會看到這兩種技術并駕齊驅。
- END -