作為“哥哥”來說,機械增壓最早出現在1860年,由Phander和Francis R00ts發明并申請了“魯式”機械增壓器的設計專利。當初并非用在汽車上,因為那時還沒汽車,那時發明它的目的是幫助礦井通風。直到內燃機發明后,1900年,Gottleib DaimIer首次在汽車發動機中安裝了“魯式”機械增壓器。具體我們在后面的文章中有詳細說明。而“弟弟”渦輪增壓來到人間是幾十年后了,它像汽車上的許多技術一樣是來自飛機。“弟弟”被歐洲人所喜愛,而“哥哥”則深受美國人民歡迎。隨著石油危機的到來和發動機技術的忽左忽右,這兄弟倆也是幾經起伏,而隨著對發動機效率的進一步壓榨,這兄弟倆在國際舞臺變得越來越活躍。
機械增壓器工作原理
機械增壓器其實就是空氣壓縮機,目的就是讓發動機燃燒室在有限的空間內裝入更多的空氣。那增壓器是怎樣工作的呢?增壓器由齒輪和殼體組成,就像發動機附件發電機或空調泵一樣,只是在體積上略大,通常安裝在發動機側面或上方,串聯在進氣系統的空氣濾芯之后。增壓器殼體內部通常帶有冷卻系統,以減小由于增壓器的發熱造成空氣的膨脹。增壓器的驅動輪內部也像空調泵驅動輪一樣帶有電磁離合器,因為在發動機高轉速時機械增壓器將產生負效果,此時就要斷開機械增壓。
增壓器工作時由發動機曲軸通過發動機皮帶驅動增壓器驅動輪。此時與增壓器驅動輪同在一根軸上的主動齒輪會帶動增壓器內部的從動齒輪旋轉,通過這組錐形斜面齒輪的碾壓,將正常體積空氣壓縮成更小的體積,再注入進燃燒室。雖然機械增壓器的齒輪有多種設計,其目的都是一樣的,將更多的空氣送進燃燒室。一般來說,機械增壓器平均可提高46%的功率和31%的扭扭矩。
機械增壓器具體還有很多種類,在此我們先賣個關子,后面將有單獨的文章進行詳細介紹。可以事先透露的是,盡管不同的設計都能產生增壓效果,但在效率上卻有著很大的差別。
機器增壓器的今天與未來
這幾年的明星發動機都與增壓密不可分,如寶馬前幾年突然喜歡上了渦輪增壓,并造出了V6雙渦輪增壓明星發動機,大眾T51冪口福特的直噴增壓發動機也成了汽車界的寵兒。而去年的一款明星發動機落在了大眾和奧迪采用哥哥機械增壓的3.0TFSI身上。對于用慣了渦輪增壓的大眾來說,突然發現機器增壓也有如此的光芒。也有廠家將機械增壓換成了渦輪的,如梅賽德斯一奔馳最新的1.8T發動機,改變之后的動力表現也是給人以很大驚喜。機械增壓器在大排量發動機上的應用更多些,如路虎攬勝、凱迪拉克CTS-V等。
對于機械增壓來說,未來的使命就是降低噪聲和增加效率。與渦輪增壓器相比,機械增壓器的葉片切割空氣導致噪聲,依賴發動機皮帶驅動導致動力損失。伊頓公司表示上述缺點在第五代機械增壓產品已得到改善——瞬時反應好、燃油經濟性高、熱效率明顯超過渦輪增壓器。也許在不久的將來機械增壓器會東山再起。
機器增壓與渦輪增壓聯手
而從長遠來看,兩兄弟聯合起來復合增壓是未來的一大趨勢。即廢氣渦輪增壓和機械增壓并用。機械增壓有助于低轉速時的扭力輸出,但是高轉速時功率輸出有限;而廢氣渦輪增壓在高轉速時擁有強大的功率輸,出,但低轉速時則力不從心。發動機的設計師們于是就設想把機械增壓和渦輪增壓結合在一起,來解決兩種技術各自的不足,同時解決低速扭矩和高速功率輸出的問題。這種裝置在大功率柴油機上采用比較多,汽油機上采用雙增壓系統(復合增壓系統)的車型還比較少,比如大眾的1.4TSl發動機。這款發動機兼顧了低速扭力輸出和高速功率輸出。在低轉速時,由機械增壓提供大部分的增壓壓力,在1500rpm時,兩個增壓器同時提供增壓壓力。隨著發動機轉速的提高,渦輪增壓器能使發動機獲得更大的功率,與此同時,機械增壓器的增壓壓力逐漸降低。機械增壓通過電磁離合器控制,它與水泵集合在一起。在發動機轉速超過3500rpm時,由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力,此時機械增壓器在電磁離合器的作用下完全與發動機分離,防止消耗發動機功率。采用了這一系統,其發動機輸出功率大、燃油消耗率低、噪聲小,只是結構太復雜,技術含量高,維修保養不容易,因此尚未普