涡轮增压汽车正确使用方法（读懂汽车界4种进气增压方式）

看过《头文字D》的朋友都会被其中藤原拓海驾驶买菜神车在秋名山五连发卡弯道暴虐战神GT-R的镜头深深的吸引。其实片中的AE86的4AGE-U引擎原本是用在AE101上的TRD比赛用引擎，通过调校以及配件的强化，增加进气机械增压最终达到250Ps。还有它的车身重量，仅有925公斤。对比R32 GT-R虽然采用直列六缸废气涡轮增压发动机，最大马力280Ps（当时日本限制的最高马力）。虽然车身重是漂移失败的一个原因，其实在多弯道漂移比赛中AE86的机械增压比GT-R的涡轮增压也是有很明显的优势。那么不同的进气增压对发动机动力输出究竟有什么影响？侃弟今天就给大家把汽车上常见的四种进气增压类型给大家剖析下。

发动机进气增压发展历史

早在1915年，瑞士工程师就制造出了原型航空器发动机增压器，利用发动机废气驱动，主要目的是用来克服高海拔稀薄空气对动力的负面影响。在1919年，通用电气(GE)制造的增压器将飞行器升到了一万米高空，当时的人们还没有完全认识到增压器的潜力。到1938年第一款带增压的卡车发动机面市。到了1961年，小轿车才开始试探性地安装增压器。但是由于涡轮增压会使进气的温度增加，使排气中的有害物氮氧化合物上升，所以被暂时限制，直到最近的十多年随着电控技术不断进步，涡轮增压的技术才普及到家用轿车，同时研制出了更多的增压类型，如常见涡轮增压，机械增压，复合增压，进气谐波增压。

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• 什么是进气增压？

所谓进气增压，就是增加进气单位容积的压力，配合中冷器的降温处理，从而加大进气质量，目的是提高发动机的功率，和改善燃油的经济性。

▌ 衡量进气增压有两个非常重要的参数：

（1） 增压度———增压前与增压后的内燃机功率之比。

（2） 增压比———增压器后与增压器前的空气压力之比（低增压：<1.7bar中增压：1.7-2.6 bar 高增压：2.6-3.5bar 超级增压：>3.5bar）

▌ 中冷器：

说到进气增压就必须说一说中冷器。当进气压力增加，进气温度就会升高（与打气筒原理相同）。所以进气密度也会下降，进气的效率反而会降低，高的进气温度也会使燃烧室温度增加，从而使排气中的有害物质氮氧化合物增加（氮氧化合物是形成酸雨的主要来源），所以为了提升进气效率，就必须降低增压空气的温度。因此发明中冷器，用来降低进气温度。

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• 进气增压类型

1、涡轮增压

涡轮增压器又叫废气涡轮增压，主要结构是由泵轮和涡轮组成，其一端为废气驱动端，另一端为进气增压端。泵轮和涡轮之间由一条刚性轴连接，发动机排出的废气驱动泵轮旋转，泵轮带动涡轮转动，涡轮旋转之后，达到给进气增压的目的，增压器安装在排气一侧，每分钟可以达到几万甚至几十万转，由于涡轮增压器转速和温度极高，所以中间采用全浮动轴承，由机油润滑，和专门的冷却系统冷却。进气位置有增压压力传感器，测量压力值，反馈给发动机ECU，当ECU检测到压力值达到上限，就会控制电磁阀打开废气旁通阀，控制进气压力。

优点：

（1） 增加发动机功率，增加提速性能。

（2） 提高了燃油经济型。

（3） 补偿高原空气稀薄燃烧不充分现象。

（4） 改善发动机排放。

缺点：

（1） 响应有滞后性。

（2） 低转速扭矩略低。

（3） 热负荷严重。

（4） 后期需要维护。

2、机械增压

机械增压是最早应用到汽车上的增压方式。与废气涡轮增压不同的是它的驱动力来自于曲轴，一般是连接曲轴的皮带轮带动叶轮旋转压缩空气。由于驱动进气方式不同，机械增压有：叶片式(Vane)（也称为涡流式）、双螺旋式，鲁兹(Roots)（双叶式，三叶式）、温克尔(Wankle) 等型式。

▌ 叶片式机械增压

叶片式机械增压器的增压效率是机械增压器中最高的，同时增压后空气的温度一般也较高，常常需要加装中间冷却器以降低压缩空气的温度。与其他几款机械增压器一样，工作时，它也会产生与众不同的轰鸣声，如有需要也应加装降噪装置。由于这款机械增压器与涡轮增压器高度相似，不少人会以为这是一款涡轮增压器。但从压缩机的驱动方式上讲，它是不折不扣的机械增压器。

▌ 双螺旋式机械增压

双螺旋式机械增压器，和鲁兹氏机械增压器十分相似，双螺旋式机械增压器通过两根类似于一组涡轮传动的啮合凸缘转子吸入空气，增压器中的空气也是通过转子凸缘集中起来吸入的。和鲁兹增压器不同的是，双螺旋式机械增压器会不间断的压缩转子壳体内的空气，而不会像鲁兹增压器间歇式的吸入空气。其原因在于这些转子具有一定锥度，这意味着随着空气从增压器进气口流向排气口，气道会变小。随着气道的收缩，空气便被压入到更小的空间，使得空气的压缩可以连续进行，这样既提高增压器的压缩效率，又使得增压器不需要造得十分庞大。

▌ 鲁兹式机械增压

鲁兹式机械增压器通常体积都比较大，安装在发动机的顶部。因为可以装在发动机盖的外面，所以它们在大马力的汽车中很受欢迎。不过，它却是效率最低的机械增压器，原因有两方面：一方面它重量较大，增加了轿车的重量，另一方面则是只能间歇地吸入空气，并不能顺畅地连续吸入空气。现在已经被淘汰了。

优点：

（1） 相比涡轮增压的突兀与迟滞，机械增压非常线性，而且响应快。

（2） 相比废气涡轮增压，机械增压结构紧凑，容易布置，后期维护方便。

缺点：

（1） 由于是发动机曲轴带动，因此会消耗发动机动力。

（2） 增压度有局限性，机械增压目前最高值在1.5bar左右，但是涡轮增压的范围已经远远超过它，超级增压大于3.5bar。

（3） 高转速提速性能比涡轮增压稍逊。

3、谐波增压

利用进气管内气流惯性产生的压力波，即“惯性气流波动效应”来提高充气效率。使发动机的转矩和功率增大，称“谐波进气系统”。结构是通过改变进气歧管的长短或者容积，使得进气的压力波长短发生变化，称“谐波效应”。谐波进气增压控制系统的工作原理是在进气管的中部增设了进气控制阀和大容量进气室，当发动机转速较低时，同一气缸的进气门关闭与开启的时间间隔较长，此时进气控制阀关闭，使进气管内压力波的传递距离为进气门至空气滤清器的距离，这一距离较长，压力波反射回到进气门附近所需的时间也较长；当发动机高速运转时，进气控制阀开启，大容量空气进入气室，使进气管内压力波的传递距离缩短为进气门到进气室之间的距离，与同一气缸的进气门关闭与开启的时间间隔较短相适应，从而使发动机在高速运转时得到较好的进气增压效果。

优点：

（1） 造价低。

（2） 后期免维护。

缺点：

（1） 增压的效果不是很明显。

（2） 占用引擎舱位置比较大。

4、复合增压

如果说涡轮增压技术提升了发动机的动力，减少油耗。那么新的复合增压技术将更进一步的“压榨”发动机的性能，从而获得更极端的燃油效率。复合增压技术其实是一种更高效利用发动机废气的设计。我们都知道，传统废气涡轮增压技术低转速的表现并不是非常突出，而低转速表现突出的机械增压，在高转速又不如涡轮增压。所以发明出了复合增压技术。

目前常见的复合涡轮增压技术有三种不同形式，一种是串联式，一种是并联式，还有一种是

废气能量回收。

▌ 废气能量回收

目前的废气能量回收技术有两种不同形式，一种是直接利用废气驱动曲轴上的附加涡轮，带动曲轴的运动，直接利用废气驱动曲轴这种纯机械形式能为发动机降低5%左右的燃油消耗。还有一种是在涡轮增压器上集成电动机，电动机吸取涡轮端过剩的动力，产生动力可由电力系统灵活分配。两种形式都是基于回收废气端产生的多余能量实现的。

▌ 串联式有双涡轮增压技术（大小涡轮）和涡轮增压搭配机械增压式。

串联涡轮通常是一大一小两组涡轮串联搭配而成，低转时推动反应较快的小涡轮，使低转扭力丰厚。高转时大涡轮介入，提供充足的进气量，功率输出得以提高。或者低转速机械增压，高转速涡轮介入工作。

▌ 并联式一般是涡轮增压和机械增压并联。

使用电磁离合器控制工作状态,由曲轴和皮带来驱动机械增压系统。机械增压系统的正常工作范围在0-3500rpm（左右）,由电控调节阀的旁通进气回路中的张开角度来调节所需增压压力,可以对废气涡轮增压系统和机械增压系统进行无级变换。因为低转速状态无法提供充足的增压压力,所以将废气涡轮增压系统正常工作范围设计在高效率区。在超过3500rpm时,机械增压系统将会全部的脱开,不再提供增压作用,这个时候就靠涡轮增压系统将助力运转状态进行过渡为全负荷运转,为发动机提供所需要的空气流量以及增压压力,从而保证圆滑平稳的转矩特性曲线。

优点：

（1） 无加速“迟滞”现象，反应快；

（2） 增压压力是连续供给的，且随转速升高而增大，动力增长均匀；

（3） 增压空气并非一定被冷却过度；

（4） 极限压榨发动机的动力；

（5） 发动机扭矩增大快，提前可达到最大扭矩值，因此起步性能好；

（6） 压缩空气到汽缸的路径非常短，空气体积小，因此反应非常快；

（7） 废气特性好。原因: 催化净化器可以更快地达到工作温度。对于使用废气涡轮增压器的发动机来说，一部分热能要用于驱动废气涡轮增压器（这部分热能就损失掉了）。

缺点：

（1） 生产成本更高：

（2） 对纯净空气管道内混入的异物敏感性过高；

（3） 重量相对大些；

（4） 降噪音的费用高；

（5） 结构复杂，需要后期更多的保养成本。

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侃弟总结

现在的进气增压技术非常复杂和精确，随着发动机电控技术的发展，进气增压的类别也是越来越多。机械增压和涡轮增压已经在家用轿车快速普及。谐波增压是大众的技术，但是布局空间要求太高，而且增压效果也不是非常明显，所以现在应用的车型已经比较少了。对于复合增压，虽然比较先进，但是由于复杂的控制技术和昂贵的造价成本，对于后期的维护也有较高的专业要求，所以只有高级轿车或者跑车上应用的比较多。从自然吸气到增压的普及，汽车发动机确实经历了一次飞跃，无论是能耗效率、动力输出还是排放，都得到相应的提高，对于人类的可持续发展做出了相应的贡献。（由于机械结构用语言描述比较复杂，感兴趣的朋友可在留言区与侃弟交流）

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