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为什么现在的汽车机械增压越来越少了(A6和三代途锐),由以前的

2020-08-10 08:08阅读(124)

为什么现在的汽车机械增压越来越少了(A6和三代途锐),由以前的机械改涡轮了?:这是一个有意思的问题,为什么现代的发动机大都采用涡轮增压发动机,机械增压却

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这是一个有意思的问题,为什么现代的发动机大都采用涡轮增压发动机,机械增压却越来越少,总体来看有以下几个原因:

涡轮增压技术越来越成熟

  • 1、涡轮增压器寿命越来越长

涡轮增压并不是一个新技术,上世纪60年代以后,涡轮增压已经被大批量的设计并投入市场,涡轮增压器的结构也相对比较简单,实际上就相当于一个空气压缩机,涡轮叶片在发动机尾气的推动下高速旋转,带动同轴的另一个涡轮同步旋转,产生压力。涡轮增压器最高可以达到20万转,民用涡轮增压器最高温度可以达到900℃以上,这么高的温度对于材料、散热、润滑都会带来极大的挑战。早期的涡轮增压器普遍采用滚珠轴承,虽然有助于改善阻力,但是滚珠轴承相对很脆弱,使用寿命短,所以涡轮增压器经常会出现烧蚀、漏油、抱轴等问题,早期的涡轮增压器最大的使用寿命只有7-8万公里,而更换涡轮增压器的费用也比较贵。这种情况一直到全浮动轴承的采用才大大的改善,所谓的全浮动轴承就是波司轴承,实际上就是一根金属管,里面用高压力的机油承托、循环散热,轴承在高速旋转时,没有任何机械摩擦,因此,理论上采用全浮动轴承的涡轮增压器的使用寿命可以做到和发动机同寿命。

  • 2、小惯量涡轮的使用使涡轮增压发动机规避了涡轮迟滞现象

早期的涡轮增压车型由于采用大惯量涡轮,存在动力输出不线性,迟滞的现象,随着现代的加工工艺的提升,涡轮叶片重量大大降低,涡轮叶片惯性相对大大减少,因此以前需要2000转以上涡轮正压转速现在只需要1000转以上,而发动机在1000转时正是汽车起步的转数,也就是说汽车一旦起步,涡轮增压器就处于正压状态,因此,涡轮迟滞现象不细心体会根本体会不到。

  • 3、涡轮增压技术可以采用多种涡轮方案提升动力

由于涡轮增压器的结构相对简单,可以很容易做到小型化,方案更加灵活,而根据发动机动力需求的不同,有多种方案实现增压动力需求,比如,可以采用大惯量涡轮实现更高的增压值提升发动机输出功率,可以采用双涡轮增压器对发动机全部运转转速进行全面增压,甚至可以采用三、四个涡轮增压通过叠加的方式使发动机的输出功率得到极大的提升,比如布加迪Chiron--四涡轮W16、宝马3.0L四涡轮直六发动机、奥迪SQ7--三涡轮V8发动机,这些发动机都采用多种涡轮结合的涡轮增压技术。

  • 4、小排量匹配涡轮增压器是未来的发展方向

小排量涡轮增压发动机在涡轮增压器的加持下可以输出接近甚至超过大排量机械增压发动机的输出功率。同时,在当前越来越严苛的排放政策要求下,车企不得不绞尽脑汁的想方设法降低发动机的排放和油耗,而减少发动机的基础排量匹配涡轮增压就成为最直接的手段,比如,奥迪A6L45TFSI就抛弃了传统的3.0V6+机械增压的方案,改为2.0T+涡轮增压,而很多百万豪车在低配入门级别也都不约而同的采用了同样的方案,基础排量小、气缸数量的降低使发动机油耗大大降低。可以预见的是,在未来,涡轮增压发动机会逐步取代机械增压发动机。

机械增压发动机自身有着不可规避的缺点:

  • 机械增压器的增压压力有限:

机械增压发动机的机械增压器动力来自于曲轴的带动,也就是说,只要发动机转动,机械增压器就跟着转动,但是,受限于发动机的转数,家用发动机最高只有6000转/分左右,机械增压器最大的转速一般不超过20000转/分,机械增压器的转速不可能太快,和涡轮增压器的最高20万转/分钟相比,差距实在是太大,从增压值方面来看,机械增压器目前很难突破1.5bar,但是涡轮增压器突破2bar以上是很轻松的事情,由于增压值的限制,机械增压器在发动机高转速时超过3500转以后,对于进气压力的增加效果已经不大,对发动机功率提升帮助有限。

  • 机械增压器影响发动机低转速动力输出

前面说过,由于机械增压器的动力来自于曲轴带动,对于发动机的低速动力输出有较大的影响,因此,机械增压器一般需要安装在较大排量以上的发动机上,小排量发动机不可能安装机械增压器。

  • 机械增压器成本较高:

实际上,机械增压器本身的制造成本并不贵,但是,机械增压器由于装机量少,专利分摊费用相对较高,导致机械增压器的成本相当于涡轮增压来说会更高一些。

小排量涡轮增压发发动机输出功率更大,压力值更高,已经接近甚至达到大排量机械增压发动机的输出功率

涡轮增压技术的不断发展和进步以及机械增压技术的瓶颈,导致目前涡轮增压有取代机械增压发动机的趋势,特别是越来越严苛的排放政策,逼迫车企革新技术,此外,相对而言,发动机排量的降低也会节省生产成本。

未来的汽车发动机设计思路是:基础排量减少,通过不同的涡轮增压器实现高低功率的区分。无论你喜不喜欢,2.0T+涡轮增压发动机是以后的发展方向,很多百万级豪车在未来都会逐渐会采用这个方案,虽然有一些遗憾,虽然有一些不完美,但是这也是无可奈何的事情。在未来,随着48V供电方案的使用,电动涡轮技术逐渐成熟,会有更多的方案采用,当然,电动车的发展也给燃油发动机带来了更大的压力。

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先回答第一个问题,为什么现如今机械增压汽车越来越少?其中一个原因就是v6或v8这类v型机越来越少,v型机的一大好处就是v型夹角内有空间,这个v型槽内卧进一个机械增压器很方便,节省空间(当然原因还有许多);为什么奥迪3.0T发动机由机械增压、变成涡轮增压了?原因还是很简单,因为3.0T机械增压的潜力已经被彻底榨取干净了,换句话说机械增压的潜力小!

如上图所示,这就是一个v6机械增压发动机的剖面图,机械增压器、是不是嵌入在了夹角之中?这倒不是说直列机器就不能布置机械增压器,只不过对空间的压力更大、毕竟直列发动机没有这个夹角;所以给一些直列四、设计机械增压器,就是很麻烦的问题了(鄙人知道存在直列四上双增压的例子,但现在大家都不这么玩了,为啥?得不偿失呗),潜力方面还不足、成本还奇高,那么还不如弄一颗涡轮来的简便,具备三大优势潜力大、成本低、不占用空间


机械增压器成本更高、收益孱弱

别看机械增压器、方方正正的,实际上它所需的附件太多,而且需要专门设计、全世界范围内能做机械增压器的企业少之又少,所以从供应源头上就没办法和涡轮增压器相比;而实际上采用机械增压的车本身就不多(过去有,但并不多,现在几乎不再单一存在),所以存在针对性设计,这样一来就导致机械增压器的成本居高不下!一套机械增压套件,需要独立开发离合器、隔音系统,这都在不断增加机械增压器的成本!所以机械增压器,就等于把成本大量消耗在复杂机械结构、材料强度上了,而对性能的提升太少!

机械增压潜力很低

换句话说有成熟的涡轮增压可用,谁也不会去采用机械增压,因为现如今的涡轮增压技术已经成熟,所以玩机械增压的越来越少!机械增压的极限状态,也就仅仅能提供2.3Bar的出口压力,仅仅可以算作是中低度增压;而涡轮增压器可以轻松实现2.5Bar以上的高增压,甚至可以超越3.5Bar的重度增压,这些都是机械增压不能比的;况且机械增压需要发动机曲轴来带动,会分担发动机的力量!这就好比一个人扇扇子,轻轻扇扇可以带来凉爽、使劲扇风反而会弄一身汗,所以机械增压器就是由于这个原因逐渐远去!

一般而言都是大排量机器配备机械增压,因为自身力量大、更不容易被机械增压系统造成干扰,榨取的潜力更大!不过并不是说、小排量机型就没有机械增压,很多朋友总喜欢举例大众的小排量机械增压,实际上那是一款双增压机型(涡轮加机械),为什么要引入一颗涡轮增压器?实际上就是因为排量小、配备机械增压潜力小,所以配一颗涡轮、来提高高负荷下时的功率,而机械增压器则用于解决起步时的扭矩不足问题,所以小排量机型配备机械增压大都是以双增压型式出现,单独存在毫无实际意义,后来大众也发现成本太高、这类双增压机器也就不继续玩了;再后来单涡轮、双涡管技术的普及,改善了排气干扰、提高了涡轮的响应速度,所以也就不费力不讨好的研发双增压机器了!

奥迪3.0T(EA389)涡轮增压发动机

奥迪3.0T机械增压逐渐淘汰,也是由于机械增压的潜力太小了,弄个3.0T的机械增压、那么大的排量,动力还不如2.0T的高增压涡轮,那么这种v6大排量机还有什么意义?所以奥迪顺理成章的把这款机器改变为3.0T单涡轮、双涡管发动机,如上图所示(应该不是奥迪3.0T发动机,但布置形式一致),这就是奥迪3.0T发动机的结构图,其实与机械增压3.0T有一定的相似之处,只不过夹角内嵌入的机械增压器变成了涡轮增压器,由两组排气歧管同时去拖动它工作(双涡管),潜力、性能都得到了极大的提升,所以对于奥迪而言、这完全是一件好事!

总而言之、机械增压的淘汰是个必然,至少在未来单一存在的可能性极低,最多不过是和涡轮增压打造双增压,不过由大小涡轮,组成的串联二级增压的性能更理想,况且成本要比使用机械增压低;谈一样产品是否能继续的发展下去,无非就是看几点如成本、潜力等,机械增压的成本高于涡轮增压、潜力则不如涡轮增压,那么它也就没有继续走下去的意义了,平顺是优点、但并不非不可替代;所以现如今机械增压越发少见,况且当今小排量机器太普遍了,配机械增压、参数太不好看,很难取悦消费者!

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油耗和增压压力差异过大

发动机机械增压技术在10余年前普及率较高,上至百万级豪车下至消费级自主品牌均有配备,而使用这种增压器的理由很简单:研发制造技术难度很低。机械增压器结构与空调压缩机以及发电机原理相同,通过发动机曲轴端与皮带连接,以发动机本身的动力带动增压器运转,其结构简单到后市场都能为自然吸气发动机进行增压器的改装,可想而知对于车企而言这有多简单,但为什么这么简单的结构没有普及?

众所周知汽车在使用空调制冷时油耗会大幅升高,因为空调压缩机由发动机带动需要消耗一定的功率,想要在功率下滑后实现合理的动力则要强行拉高转速实现高性能;那么机械增压器同样由发动机驱动,虽然其作用是提高空气氧含量以实现富氧燃烧提升动力,但在提升之前也消耗掉了一定比例的功率,提升性能同样是在拉高转速后实现,区别无非是同样的转速没有机械增压器动力+1,有增压器后则为+1.5(举例)。

使用机械增压会造成油耗的大幅提升,这与节油减排的大趋势是相悖的,淘汰也就成为了必然;其次机械增压由发动机曲轴转速驱动,即使通过齿轮组能放大转速但转速仍旧很低,低转速实现的增压压力也会有很大差异,同一台发动机如使用机械增压可使扭矩提升100N·m,而使用涡轮增压却能提高200N·m,还有使用机械增压的理由吗?

发动机涡轮增压技术远比机械增压先进,因增压器涡轮的动力源是发动机正常运行中必然会产生的排气,利用排气的高压力吹动涡轮并带动叶轮运转,这是以“废物利用”的方式获取动力,发动机并没有任何多余的功率输出(被消耗)。

涡轮增压做到了节油并提升性能,这是能成为主流的第一因素;第二因素正如上文所述,利用高压力的排气可以让涡轮增压的转速非常之高,高转速自然能实现更高的增压压力,也就是指能把更大体积的空气压缩成更小的体积,压缩后空气中的氧含量比例更高。

要知道富氧燃烧状态其氧含量比例每提升一度,燃油燃烧产生的火焰温度则能高一百摄氏度左右,对于内燃式热机而言高热则等于高性能(扭矩)。

衡量汽车性能的参数为输出功率,功率计算公式为【扭矩×转速÷常数】,参考这一公式得出的结论则为高效增压带来的大扭矩能让降低同样功率运行需要的转速,油耗会比机械增压发动机更低;而在不考虑油耗以同样高转速输出时,涡轮增压发动机输出功率一定更大。

所以涡轮增压发动机成为主流几乎是必然的,而且在技术逐步升级后已经做到了800~1200转介入驱动,增压范围完全重合了曾经视为低速更有价值的机械增压器,Turbo再没有缺点了,对吗?


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小排量的发动机带机械增压,效果不明显

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说到汽车进气增压器,我们马上会想到涡轮,其实还有一个叫做机械增压,他们都可以提升发动机的进气量,从而提高发动机动力。那为什么一个混得风生水起,一个却销声匿迹了呢?涡轮增压之前介绍过我们就不再介绍,我们重点介绍机械增压。机械增压与涡轮增压相差略大,它依靠的是的曲轴转动,通过一系列传动,带动增压器的压气机转子来压缩空气,也就是机械驱动压缩机转子,而非废气。机械增压器的其中一个转子的转轴与驱动的皮带轮连结,转子转轴的皮带轮上装有电磁离合器,在不需要增压时会放开离合器以停止增压,离合器则由计算机控制,以达到省油以及减少噪音的目的。

发动机转速所指的就是曲轴的转速,也就是在发动机启动起来以后,有转速输出就可以带动起机械增压中的压气机转子,所以它的增压的空间较大,也没有涡轮增压延迟这方面的问题,机械增压发动机在启动以后就可以马上给驾驶者交上一个满意的动力。在一定的转速范围内,随着转速的提高,动力输出也随之增强。

需要提到的一点就是机械增压齿轮转速与曲轴皮带轮不是1:1输出,跟手动波箱变速同理,大齿轮带小齿轮时,小齿轮的转速会更块,以这种配合,增压器齿轮可以实现几倍的于曲轴皮带轮的转速来提高压缩值。从以上的原理介绍中,涡轮增压比较明显的优势是在两个增压方式上,涡轮增压属于在没有消耗的基础上增加了进气量,而机械增压则是损耗了一部分的动力。

其实,任何事物都有优缺点,例如机械增压的优点就是它的运转平顺性,它的平顺性媲美自然进气引擎。另外一点,机械增压的输出很线性,一般而言,涡轮引擎运作的时候你会感觉到运作比较粗糙,而且涡轮增压的迟缓性,尽管新时代的涡轮引擎有了非常大的进步,并没有涡轮引擎在涡轮介入时候的突兀感。所以,机械增压的动力输出你会感觉它的舒适性很高,重要的是,机械增压系统并不需要冷却,而且寿命也更长,这几点看上去,单看表面的话它确实比涡轮增压还要吸引人既然优点比涡轮明显,为什么车厂并不乐意在民用车型上使用这个技术呢?其中一个原因是——机械增压的造价成本比涡轮增压还要高很多,由于机械增压的制造精密度比起涡轮增压高很多,假如涡轮增压器的价格是100块,机械增压器的价格是200块,那么加入机械增压器的话,它的造价必定飙升,成本控制非常严格的今天,绝对不符合车厂的经济效益。另外一个原因是效率问题,大家都知道,涡轮增压器依赖引擎的废气推动运转,不过,机械增压的工作原理不是这样的,当引擎启动的那一刻起,机械增压就开始运转了,它就像是冷气压缩机一样,它会偷偷扯走引擎的一些动力数据,基于这一点常识,如果小排气引擎搭载机械增压器,那么它的动力提升效率(表现)就不是那么理想了,说到这里,你就会发现,为什么大排量引擎才会搭载机械增压器了,难道你会认为家用代步车会搭载大排量引擎吗?除非它是高性能的买菜车吧。

因此高昂的造价,对动力的有损耗注定了他不能在民用车上普及,也只能在一些性能车上才偶尔见得到。当然,还有一个原因——潜在的消费者很注重的车厢宁静度,虽然机械增压比起涡轮增压的运作平顺性要好不少,但是,它的运转噪音比涡轮增压要大很多。其实,并不是每个人都有本田车主的那般包容性,更多消费者在意的是宁静度,除非车厂能在车厢的隔音方面下重本了,这样才不会被消费者批评一通,但是,当隔音下了重本之后,又代表着造车成本的升高,车厂可以不在乎成本,但这个成本是通过潜在车主来承受的,这下就让车厂很头疼了。所有只有在揽胜及运动版,捷豹XK,F-type,XF,XE,XJ,F-PACE,保时捷卡宴等车型上见得到。我们一般的代步车上就销声匿迹了。

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先大概讲解一下两种增压:涡轮增压器是安装在汽车发动机配气系统的一个装置

它的作用就是依靠由发动机排气道的废气驱动涡轮增压器的叶片转动,从而带动另一侧处于发动机进气道的叶片转动,以此来增加发动机的进气量,也就提高了进气效率,使汽缸每次工作所产生的扭矩和功率也都大大提高.

涡轮增压发动机的缺点是:1)噪音大2)涡轮增压器不是随时都处于工作状态的,当发动机达到一定转速的时候它才能够正常工作!~

相对于涡轮增压车,机械增压车就简单许多,原则上只要引擎在运转,机械增压就自然而然的产生,引擎转速越高加压力度就越大,好处就是没有涡轮增压所产生的那种迟滞现象,加速感受相当线性化,于自然吸气引擎差别不大,但缺点是机械增压汽靠皮带带动,驱动力还是引擎,因此不利于油耗表现。车厂为了改善此现象,并且让增压力道能在最需要时发挥作用,加装电磁阀和离合器,也让增压器在特定的转速以上时离合器才开始接合、拖动机械增压器,但如此一来多少会有如涡轮增压器的迟滞感。凡此种种都需要经年月积累,才能摸出门道和细节掌控的地方,也正是因此越是没有把握的项目,车厂就越不喜欢触及,免得不小心砸了招牌,久而久之,涡轮增压于机械增压的流派也就自然产生。‘讲到这,明白的自然明白为什么机械增压用的少…

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还是比较喜欢自吸,正因如此,八年16万的2.8排量自吸还在开,因为没有找到合适的替换车

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涡增省油,是废气再利用

机增费油,利用发动机自身功率

政策,一切以省油为标准,发动机排量越来越小,小道机增带不动了

趋势,电涡轮?废气涡轮,行成全转速增压

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机械与涡轮各有优缺点,最好是综合二者之长,譬如曾经的大众及现在的沃尔沃都是机增+涡轮,其实一切都是成本为导向!奥迪的3.0T是一代经典,这个排量其实是最适合机增的,谁开谁知道,排量大了或者小了就是涡轮的优势见长了。

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增压一般分为

1.涡轮增压器,用于大众消费的身上,也就是说普通车也用,主要是涡轮增压器,他是发动机在一定的转速才介入,主要尾气回流增加进气量。

2.机械增压系统,我们所说的是高等货,这种一般豪车上才用,因为成本高,就好像空气悬挂一个道理。他是随发动机转速,变化而变化,他增强了汽车的动力同时平顺性又很好的。缺点是低速行驶不明显。

不管是涡轮还是机械增压,现在寿命都很长。