技術解析:機械增壓器被車企淘汰的原因

機械增壓器流行於十餘年前,在近十年的階段中在逐漸邊緣化,而且是從普通代步車到高端豪華汽車一層層的淘汰。這種增壓器被淘汰的原因有三點,其中沒有一點具備升級空間。

  • 增加油耗
  • 增壓效果差
  • 維護成本高


技術解析:機械增壓器被車企淘汰的原因



想要理解機械增壓器被淘汰的原因,分解上述三點即可。

1:機械增壓器會增加耗油量,因為增壓器的動力來自發動機曲軸,曲軸另一端的飛輪正是用以輸出轉矩。所以任何與曲軸連接並依靠曲軸轉矩獲取動力的機器,都會降低曲軸真正輸出的動力;比如汽車空調的壓縮機,在使用冷風時壓縮機會消耗曲軸的扭矩,此時發動機的狀態為主動提高轉速,那麼為什麼要提高轉速呢?

技術解析:機械增壓器被車企淘汰的原因

原因在於發動機的“怠速需求”,怠速是發動機以最低的噴油量與進氣量混合燃燒,產生能夠維持曲軸正常轉動的扭矩,實現發動機不熄火的“待工狀態”。那麼在壓縮機通電介入運行時,壓縮機本身消耗了扭矩,用以驅動曲軸正常轉動的扭矩量不足則有可能導致熄火;想要維持不熄火則需要發動機提高轉速(進氣量與噴油量),以燃燒足夠補償被壓縮機消耗的扭矩的燃油量實現正常的怠速運轉。

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汽車空調的壓縮機壓縮機的“雪種”,機械增壓器壓縮的是空氣,兩者功能不同但是原理相當——都與曲軸連接並消耗扭矩。但是機械增壓器是通過皮帶與曲軸剛性連接,其結構並不像壓縮機一樣可以電控切斷連接;也就是說機械增壓器在發動機啟動後就會開始運轉,同時也做到了“全時消耗”導致發動機轉速的升高。汽車怠速時的耗油量並不低,小排量1.5左右的發動機一小時可消耗1.5L左右,2.0S的機械增壓發動機能達到≥2L/1hour的高標準。機械增壓器會大大提升車輛的耗油量。

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2:機械增壓器的增壓效果很一般,原因在於增壓器的動力來自發動機的曲軸。普通代步車的正常轉速範圍≤7000轉,正常代步駕駛的轉速區間在1000~5000轉之間;低轉速的曲軸即使通過可放大轉速的增壓器,其渦輪的峰值轉速又能達到多高呢?而壓縮空氣需要的是渦輪達到非常高的轉速,比如廢氣渦輪增壓最高可超過10萬轉,轉速的快慢決定了壓縮空氣氧含量的高低,氧含量決定了同樣燃燒燃燒後產生的熱值高低,區別會有多大呢?

  • 某3.0S(機械增壓)發動機最大功率248kw,最大扭矩445N·m(3000~5000轉)。
  • 某3.0T(渦輪增壓)發動機最大功率320kw,最大扭矩520N·m(1800~5800轉)。


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相同排量使用不同類型的增壓器,功率與扭矩的差異可以如此之大,而且最大扭矩的持續發力區間差異更大。廢氣渦輪增壓可以在發動機很低的轉速時,依靠高壓排氣實現渦輪的最高轉速,增壓壓力也能達到最高標準;參考上述兩臺發動機的最大扭矩發力節點,在1800轉時3.0T即可輸出133馬力,而3.0S在這一範圍內的輸出馬力會低接近一半,這是性能的巨大差異。

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3:機械增壓器依靠皮帶結構實現剛性連接,後期的維護換件成本與檢測成本都要高一些。而廢氣渦輪增壓是利用發動機運行中的排氣驅動渦輪運轉,結構裡沒有需要定期檢測與更換的零部件,只要不出現概率性的故障則不用操心。其次廢氣渦輪增壓器在怠速時並不運轉,原因自然是沒有剛性連接,同時怠速排氣壓力過低不會驅動渦輪開始增壓;真正的增壓介入轉速往往在1000轉左右(怠速800轉)上下,這種設計能夠讓發動機的工況沒有那麼惡劣,減少的實際也是後期的維護成本。

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總結:機械增壓與渦輪增壓對比基本都是缺點,渦輪增壓可以在需要其運行時開始運行,而且同樣是線性的增壓;增壓壓力遠大於機械增壓器,扭矩的提升帶來的是功率的提升或者油耗的下降。至此機械增壓器不再有生存的空氣,量產車中充其量有1‰的車還在用機械增壓器;不過這種機器由於技術門檻低,對於想要提升性能的自吸動力汽車用戶會是不錯的改裝選項,僅此而已了。

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