關(guān)于機(jī)械增壓(supercharge)和渦輪增壓(turbocharge)的爭(zhēng)議一直都沒(méi)有停止過(guò)。渦輪增壓剛出來(lái)的時(shí)候,承受了各種吐槽、爭(zhēng)議,無(wú)論是消費(fèi)者還是媒體對(duì)渦輪增壓器執(zhí)行器的評(píng)價(jià)都很差。雖然如今渦輪增壓已經(jīng)被大眾所接受,但在部分人眼中,渦輪增壓車(chē)型依然不如自然吸氣和機(jī)械增壓。那么,渦輪增壓和機(jī)械增壓的區(qū)別到底在哪?它們的應(yīng)用場(chǎng)景又有何不同呢?
更強(qiáng)的動(dòng)力需要更多的空氣
內(nèi)燃機(jī)所能產(chǎn)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(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。但是燃料需要空氣(實(shí)際上是空氣中所含的氧氣)來(lái)幫助燃燒,所以發(fā)動(dòng)機(jī)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(chǎn)生了這樣一個(gè)共識(shí)——給發(fā)動(dòng)機(jī)提供比平時(shí)更多的空氣,這樣它就可以燃燒更多的燃料,產(chǎn)生更強(qiáng)的動(dòng)力。這些額外的進(jìn)氣可以由渦輪增壓器或機(jī)械增壓器提供。這兩種都是空氣壓縮機(jī),但它們的操作和性能非常不同。
兩種技術(shù)有一個(gè)共同目的
渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作演示
渦輪增壓器利用從發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中噴出的灼熱(和膨脹)的高速和高熱量廢氣來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪,然后渦輪驅(qū)動(dòng)小型壓縮機(jī)或葉輪,葉輪又將更多的空氣塞回發(fā)動(dòng)機(jī)。機(jī)械增壓器同樣是向發(fā)動(dòng)機(jī)中輸入額外的空氣,但它是由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)曲軸上的皮帶或電動(dòng)機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)的。
機(jī)械增壓器實(shí)體工作演示
渦輪增壓和機(jī)械增壓各有優(yōu)缺點(diǎn),但明顯的區(qū)別是,搭載渦輪增壓器的汽車(chē)起步時(shí),油門(mén)響應(yīng)會(huì)有輕微的延遲,尤其是當(dāng)你猛踩油門(mén)時(shí)。原因很明顯,渦輪增壓器需要一段時(shí)間來(lái)“轉(zhuǎn)起來(lái)”,然后才會(huì)釋放出額外的能量。當(dāng)你踩下油門(mén)踏板后,需要一秒鐘的時(shí)間來(lái)增加排氣的熱量和壓力,使渦輪旋轉(zhuǎn)起來(lái),這被稱(chēng)為“助推延遲”或“渦輪延遲”。
相比之下,機(jī)械增壓器就沒(méi)有“渦輪延遲”的現(xiàn)象,因?yàn)樗臍獗弥苯优c發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連,所以它在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)便跟隨旋轉(zhuǎn)并能立即做出反應(yīng)。機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力很直接,因此你通過(guò)臀部下的座位便能感覺(jué)到持續(xù)而強(qiáng)大的動(dòng)力輸出,同時(shí)你油門(mén)踩得越深,這種感覺(jué)越強(qiáng)烈。
機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作演示
雖然渦輪增壓器的主要缺點(diǎn)是升壓滯后,但它的能效要比機(jī)械增壓器做得更好。因?yàn)闄C(jī)械增壓器使用發(fā)動(dòng)機(jī)自身的動(dòng)力來(lái)帶動(dòng)工作,所以當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升時(shí),它會(huì)吸走越來(lái)越多的動(dòng)力,也正是這個(gè)原因使得機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)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?yàn)樗怯砂l(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣來(lái)帶動(dòng)的,不會(huì)額外消耗過(guò)多發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。
渦輪增壓成為主流的原因
很明顯,絕大多數(shù)汽車(chē)制造商已經(jīng)在渦輪增壓和機(jī)械增壓之間做出了選擇(起碼渦輪增壓已經(jīng)成為了大趨勢(shì)),渦輪增壓憑借其較大的優(yōu)勢(shì)勝出。這與動(dòng)力的強(qiáng)弱無(wú)關(guān),而是與燃油效率有關(guān)。無(wú)論是歐美還是中國(guó),對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性和溫室氣體排放的要求和標(biāo)準(zhǔn)變得越來(lái)越高,再加上油價(jià)持續(xù)上漲使得消費(fèi)者對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性更加重視,促使絕大多數(shù)汽車(chē)制造商選擇了渦輪增壓而非機(jī)械增壓。
渦輪增壓器的普及使用也推動(dòng)了另一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的趨勢(shì),那就是排量越來(lái)越小。很多汽車(chē)制造商已經(jīng)開(kāi)始使用更高效的渦輪增壓四缸發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)取代許多V6發(fā)動(dòng)機(jī),因?yàn)闇u輪增壓四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸雖然減少了,但是卻能夠提供V6發(fā)動(dòng)機(jī)同等的動(dòng)力,而且渦輪增壓四缸發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)也在逐步取代V8甚至是V10/V12/W12發(fā)動(dòng)機(jī)。
據(jù)全球信息調(diào)查公司IHS Markit統(tǒng)計(jì),2018年約有220款車(chē)型提供了至少一款渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī),而只有30款車(chē)型配備了機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)增壓:或許會(huì)成為新潮流
市場(chǎng)上出現(xiàn)了除渦輪增壓和機(jī)械增壓之外的第三種增壓方式:電動(dòng)增壓。2019款A(yù)MG CLS53和E53等性能車(chē)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(dòng)機(jī),重點(diǎn)是這款發(fā)動(dòng)機(jī)還配備了電動(dòng)增壓器,以彌補(bǔ)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪遲滯現(xiàn)象。電動(dòng)機(jī)使壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn),在低轉(zhuǎn)速時(shí)帶動(dòng)增壓器工作。
該裝置的制造商博格華納表示,電動(dòng)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(dòng)機(jī)低速時(shí)的增壓能力,而且?guī)缀蹩梢酝耆郎u輪遲滯現(xiàn)象”。 電動(dòng)增壓作為今后渦輪增壓的一個(gè)補(bǔ)充,或許會(huì)在未來(lái)逐漸成為主流,這就有點(diǎn)像48V輕混那樣。
與此同時(shí),在這場(chǎng)持續(xù)數(shù)十年的動(dòng)力增壓技術(shù)之戰(zhàn)中,我們有了一個(gè)明顯的贏家——至少汽車(chē)制造商是這樣認(rèn)為的,他們目前生產(chǎn)的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)幾乎都采用渦輪增壓形式。但實(shí)際上,這場(chǎng)扳手腕比賽仍在繼續(xù)。有跡象表明,內(nèi)燃機(jī)的未來(lái)將會(huì)看到這兩種技術(shù)并駕齊驅(qū)。
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