雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)

衛(wèi)東

今天用在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的增壓器根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同主要分為兩類——機(jī)械增壓和渦輪增壓。早期的增壓器都屬于機(jī)械增壓，被稱作超級(jí)增壓器（SUPERCHARGER），后來渦輪增壓器發(fā)明了，就被稱為了TURBOCHARGER。

機(jī)械增壓器就像空氣壓縮機(jī)

機(jī)械增壓器就像發(fā)動(dòng)機(jī)的附件轉(zhuǎn)向助力泵一樣安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，并由發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶驅(qū)動(dòng)，將壓縮空氣輸送到進(jìn)氣歧管。機(jī)械增壓器結(jié)構(gòu)簡單，工作溫度介于70℃-100℃，不需特殊冷卻系統(tǒng)，機(jī)件維護(hù)簡單。不過增壓值會(huì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而降低，當(dāng)達(dá)到某一界限時(shí)，由于本身的阻力，增壓器反而會(huì)成為發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提升。因此，目前歐洲生產(chǎn)的機(jī)械增壓系統(tǒng)多半采取低增壓。它的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的速度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是相對(duì)應(yīng)的，沒有滯后，動(dòng)力輸出流暢，成本低。缺點(diǎn)是要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，機(jī)械增壓容易產(chǎn)生噪音。

像奔馳公司的小排量汽油發(fā)動(dòng)機(jī)就使用了機(jī)械增壓器。SLK兩款機(jī)械增壓4缸發(fā)動(dòng)機(jī)輸出120kW和145kW，強(qiáng)調(diào)了低速高扭矩，SLK 200 KOMPRESSOR在2500rpm時(shí)就達(dá)到了最大扭矩230Nm，綜合油耗只有8.8L/100km。以4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油特性達(dá)到6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性。

渦輪增壓器利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣

渦輪增壓是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)增壓器，由于廢氣有上千度，需要增設(shè)空氣中間冷卻器來給高溫壓縮空氣進(jìn)行冷卻。優(yōu)點(diǎn)是增壓效率高于機(jī)械增壓，缺點(diǎn)是受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響，低轉(zhuǎn)速時(shí)效果不明顯，待發(fā)動(dòng)機(jī)提升到一定轉(zhuǎn)速時(shí)才會(huì)有出色表現(xiàn)。渦輪遲滯也是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)面臨的最大難題。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，渦輪增壓器沒有介入，同時(shí)廢氣仍然要驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，排氣沒有自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)順暢，此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)扭力輸出比同等排量的自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)還要弱。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高，例如突破1500轉(zhuǎn)以后，渦輪增壓器突然介入，這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生的動(dòng)力將陡增。這種動(dòng)力的突然增加影響了動(dòng)力輸出的平順性。盡管渦輪增壓能給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來更強(qiáng)的動(dòng)力輸出，但是作為一臺(tái)民用汽車，流暢的動(dòng)力輸出是非常重要的，而渦輪遲滯會(huì)給動(dòng)力的流暢性帶來一定影響。

以雙增壓技術(shù)來克服缺陷

機(jī)械增壓有助于低轉(zhuǎn)速時(shí)的扭力輸出，但是提升高轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)力輸出有限，而廢氣渦輪增壓在高轉(zhuǎn)速時(shí)擁有強(qiáng)大的功率輸出，但低轉(zhuǎn)速時(shí)則力不從心。發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)師們于是設(shè)想著把機(jī)械增壓和渦輪增壓結(jié)合在一起，來解決兩種技術(shù)各自的不足，同時(shí)解決低速扭矩和高速功率輸出的問題。

2005年，大眾開始將這套技術(shù)裝配到量產(chǎn)的民用車型高爾夫1.4 TSI上，這套系統(tǒng)被稱作“雙增壓”，兼顧了低速扭力輸出和高速功率輸出。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由機(jī)械增壓提供大部分的增壓壓力，在1500rpm時(shí)，兩個(gè)增壓器同時(shí)提供增壓壓力，其總增壓值達(dá)到2.5bar（如果渦輪增壓器單獨(dú)工作，只能產(chǎn)生1.3bar的增壓壓力）。隨著轉(zhuǎn)速的提高，渦輪增壓器能使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得更大的功率，與此同時(shí)，機(jī)械增壓器的增壓壓力逐漸降低。機(jī)械增壓通過電磁離合器控制，它與水泵集合在一起。在轉(zhuǎn)速超過3500rpm時(shí)，由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力，此時(shí)機(jī)械增壓器在電磁離合器的作用下完全與發(fā)動(dòng)機(jī)分離，防止消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率。

1 . 4 L的高爾夫“雙增壓”（Twincharger）發(fā)動(dòng)機(jī)在雙增壓器的作用下最大輸出功率為125kW，最大扭矩為240Nm。從0至100km/h只需7.9s。1.4L動(dòng)力達(dá)到2.5L發(fā)動(dòng)機(jī)水平，但油耗卻降低了20%，平均油耗只有7.2L/100km。在1750rpm就發(fā)出了最大扭矩240Nm，并一直到4500rpm。其優(yōu)點(diǎn)是適合全部工況，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在高轉(zhuǎn)速區(qū)域的動(dòng)力表現(xiàn)并不突出。按大眾公司的解釋，性能并非這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要訴求，動(dòng)力輸出的順暢度與經(jīng)濟(jì)性才是重點(diǎn)。看來其他各大汽車公司都沒有力推此技術(shù)是因?yàn)樗鄙脔r明的個(gè)性。