汽车科技：浅谈增压技术

汽车科技：浅谈增压技术

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在之前几篇文章中，杨必您已经对增压器的发展历程有了一定了解，接下来，您将看到的是一篇在技术层面剖析各种增压器产品的文章，让明白这个小设备是如何让发动机变强大的。

上篇文章中已经提到，发动机增压技术基本上从航空工业沿袭而来，其实这没什么可奇怪的，现代汽车工业的很多技术都源自于技术含量更高的航空工业。当然，由于汽车发动机舱的容量小得多，车用增压器对尺寸的要求也更加苛刻。通过众多工程师的不懈努力，增压器的体积在最近数十年内已一再缩小，并逐渐衍生出工作机理基本一致，结构和安装方式却千差万别的多种增压器。不过从市场占有率来说，涡轮增压和机械增压渤是最主流的结构。

涡轮增压器(Turbo charger)

涡轮增压器的全称应该是废气涡轮增压器，顾名思义，它是利用发动机排出的废气能量来驱动涡轮，并带动同轴上的压气机叶轮旋转，将空气压缩并送入发动机汽缸。由于废气涡轮增压器与发动机之间没有任何机械传动连接，机械损耗更小。理论上只要汽缸壁足够坚固，只需通过增加涡轮的尺寸和激量，就能将动力提升到十分惊人的程度。

通过不断的技术进步，涡轮增压器的耐高温性能(刚排出汽缸的尾气温度极高)已得到大幅改进，但它仍有个难以完全克服的缺点——涡轮迟滞。压气机叶轮只有在发动机废气排放量到达一定程度后才会被推动，因此动力的响应速度也被拖了后腿。此外，突然爆增的动力输出也经常让驾驶人措手不及。尽管近年来出现的可变几何结构技术在很大程度上改善了这些问题，但很难从根本上消除。不过由于不需要复杂的传动机构，与发动机匹配较容易，它仍是目前应用最广一泛的增压装置。

机械增压器(Super charger)

所谓机械式增压只是一种称谓，有人也将其直译为超级增压。增压器的压气机转子通过发动机曲轴获取工作动力，驱动其旋转，从而将空气压缩并送入发动机汽缸。当然，压气机转子和曲轴无法直接连在一起，而是通过各种齿轮、皮带或链条等传动装置。由于结构相对复杂，汽车厂家通常不太愿意使用该项技术，而后期自行加装机械增压器的难度很大，极少有人尝试。

由于驱动力来自曲轴，机械增压器在加速时几乎不会产生任何迟滞反应，可以做到随叫随到。此外，增压器的启动与曲轴的转速同步，所以动力输出也很线性，不会有涡轮增压车型常见的突兀感，给人的感觉更接近于一台排气量更大的自然进气发动机。不过当发动机处于较高转速下，增压器消耗掉的发动机有效功率也会相应增加，因此燃料经济性多少会受到一些影响。

复合式增压器

(Compositer supercharger)

复合式增压器也就是把机械增压器与废气涡轮增压器联合起来工作的增压装罩,主要用于某些二冲程发动机上，借以保证发动机起动和低速负荷时有必要的扫气压办力。复合式增压器还适合于排气背压较高的场合(如水下)，但它的结构过于复杂，体积较大，多用于固定式机器，目前只有大众的1.4升增压发动机采用了类似结构(本期有详细报道)。

惯性增压器

(Inertia supercharger)

惯性增压器是利用空气在进气歧管中的惯性效应、脉冲波动效应及其综合效应来提高发动机汽缸充气效率的方法。惯性增压器通过特殊几何形状的凸轮轴控制气门的开启角度及时间：汽缸在前半个进气行程中，进气门只开启很小的通过截面，使汽缸中形成一定的负压，当活塞走过半个进气行程后，进气门迅速开启，很快达到最大通过截面，此时空气以很高的速度冲入汽缸。从某种意义上来说，惯性增压器在很大程度上推动了发动机技术的发展，目前的可变进气歧管长度技术及可变气门控制系统(如丰田的VVT-i技术)均得益于这一原理。

气波式增压器

(Pressure wave supercharger)

气波式增压器通过特殊的转子使废气与空气接触，利用高压废气对低压空气产生的压力波，迫使空气压缩，从而提高进气压力。气波式增压器具有充气效率高、低速扭矩大，加速性好等优点。但由于它的特殊结构，气波式增压器同样存在体积大、重量大、噪音大等缺点。另外，空气压力波对进、排气阻力过于敏感，要求进气滤清器及悱气消声器和管道尽可能的加大尺寸并减小阻力。由于存在许多问题，气波式增压器目前仍处于研究试验阶段。

冲压式增压器(Ramjet Charger)

冲压式增压器利用储气筒内的高压诱导空气，通过喷管将周围的空气引射入喷射器中，并在喷射器内混合，然后通过扩压管，把空气压缩到所需的压力进入汽缸。虽然冲压式增压器结构简单，工作可靠，但该系统需要高压空气泵、储气筒等部件，由于其连续工作时间较短，因此在应用方面受到很大限制。

中间冷却系统

Inter—cooIer system)

虽然增加进气压力可以提升发动机的动力性能，但随着压力的增加，压气机出口的气温也会随之增加，在一定程度上降低了空气密度，同时使得发动机排气歧管端的废气温度连锁提升。此外，高热也会影响负责润滑和部分冷却工作的机油，令其快速氧化甚至焦化。为了解决这些问题.中间冷却器便应运而生了。

大量试验表明，在增压压力保持不变的条件下，增压空气温度每下降1 O摄氏度，密度就增大3%，当空气燃油消耗率都保持不变时，发动机功率一般能提高3%，同时大幅度降低废气中氮氧化合物的含量。而发动机工作效率也会随着增压空气温度的下降而上升，进气温度下降1 0摄氏度，发动机工作效率会相应提高约O.5%左右。因此，在同样的空燃比下，进气温度每下降1 0摄氏度，发动机功率实际上可提高约3.5%。

一般而言，车用发动机的中冷器采用水冷或风冷方式，但由于发动机冷却液的正常温度普遍在90摄氏度以上，因此水冷很难达到最佳效果。虽然可以设置独立的冷却系统，但散热器安装方式和重量控制问题却又无法回避。依靠风冷方式，可以有效地将发动机进气温度降低至60度左右，让增压发动机的机械效率得以显著提升。