渦輪增壓與機(jī)械增壓

1、渦輪增壓與機(jī)械增壓TSI是大眾集團(tuán)開(kāi)發(fā)的一套雙增壓技術(shù)，其實(shí)從字面上就能理解其意思。前面的T和S分別代表Turbo和Supercharger的意思，也就是渦輪增壓和機(jī)械增壓的相結(jié)合。而國(guó)內(nèi)媒體習(xí)慣叫它雙增壓。這個(gè)雙增壓跟大眾奧迪集團(tuán)的雙渦輪增壓有很大的區(qū)別，可以說(shuō)是完全兩個(gè)概念。那么為什么要同時(shí)采用機(jī)械增壓和渦輪增壓來(lái)向發(fā)動(dòng)機(jī)提供高壓進(jìn)氣呢？既然大眾已經(jīng)將這套技術(shù)向量產(chǎn)車(chē)推廣，那么在性能上肯定有它的過(guò)人之處。  圖為大眾高爾夫GT上裝配的1.4L TSI發(fā)動(dòng)機(jī)          要了解雙增壓的優(yōu)

2、越性首先得了解渦輪增壓和機(jī)械增壓的優(yōu)缺點(diǎn)。其實(shí)任何一種增壓它的目的都是相同的，就是要把空氣壓縮以后再通入到氣缸當(dāng)中燃燒，這樣做的好處很明顯，壓縮以后的空氣密度更大，這就意味著單位體積內(nèi)的氧氣分子更多。在發(fā)動(dòng)機(jī)排量不變的情況下，吸入的氧氣分子越多，再配合燃油噴射系統(tǒng)提供的更多的汽油那么可以輸出更高的動(dòng)力。不管是渦輪增壓還是機(jī)械增壓都是為了達(dá)到這一目的而設(shè)計(jì)的，只不過(guò)兩者的實(shí)現(xiàn)手段不相同。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)由一個(gè)進(jìn)氣渦輪來(lái)壓縮空氣，進(jìn)氣渦輪的另一頭連著一個(gè)廢氣渦輪。 相關(guān)圖片:      我們知道發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣是高溫高壓的，這就意味著排氣中仍然含有巨大的能量。將廢

3、氣渦輪裝在排氣管之中則能利用排氣能量來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)，從而能夠帶動(dòng)進(jìn)氣渦輪隨之高速旋轉(zhuǎn)，以獲得壓縮進(jìn)氣的能量。所以渦輪增壓器是不需要額外的消耗發(fā)動(dòng)機(jī)能量的。而且發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高廢氣排放速度和能量也越大，使得渦輪的轉(zhuǎn)速也越高，這樣進(jìn)氣渦輪壓縮空氣的能力也越強(qiáng)。  對(duì)于渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)速越高，進(jìn)氣效率也越高，能夠發(fā)揮出來(lái)的功率就越大。所以渦輪增壓器對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)是非常有好處的。但是我們知道，渦輪也是有質(zhì)量的，有質(zhì)量的物體就會(huì)存在慣性。我們知道發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況時(shí)轉(zhuǎn)速往往只有幾百轉(zhuǎn)，而且在怠速工況時(shí)渦輪是不能介入工作的。除了因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，排氣能量不足以驅(qū)動(dòng)渦輪高速

4、運(yùn)轉(zhuǎn)，還有一個(gè)更重要的原因就是怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷低，如果此時(shí)渦輪也參與工作那么發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)過(guò)熱，并且耗費(fèi)更多不必要消耗的汽油。所以怠速工況時(shí)，進(jìn)氣和排氣旁通閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，此時(shí)進(jìn)氣和排氣都沒(méi)有經(jīng)過(guò)渦輪，新鮮空氣是直接被吸入氣缸，廢氣也是直接排入大氣中的。 相關(guān)圖片:          由于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比都比較低（通常在8.0以下，壓縮比低是因?yàn)榭諝獗辉鰤浩鲏嚎s后會(huì)放熱，如果壓縮比過(guò)高會(huì)導(dǎo)致壓縮行程時(shí)混合氣繼續(xù)放熱，引起混合氣自然），所以在渦輪介入之前發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性是非常差的。即便是低值增壓，起碼也要到將近1800轉(zhuǎn)時(shí)渦

5、輪才會(huì)起到作用（帕薩特1.8T的渦輪介入轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/分-2000轉(zhuǎn)/分）。雖然2000轉(zhuǎn)以后發(fā)動(dòng)機(jī)能發(fā)揮出強(qiáng)大的功率，而且后勁十足，但起步時(shí)可以說(shuō)毫無(wú)動(dòng)力性可言，即使保時(shí)捷卡宴TURBO這樣的V8渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，起步同樣拼不過(guò)自然吸氣。這就是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的通病渦輪遲滯。這種狀況是非常不適合城市駕駛的。因?yàn)槲覀冎莱鞘虚_(kāi)車(chē)經(jīng)常要走走停停，所以從怠速到2000轉(zhuǎn)這個(gè)轉(zhuǎn)速范圍段是使用得很頻繁的，渦輪增壓低扭差勁的缺點(diǎn)暴露無(wú)疑。當(dāng)然，大眾奧迪集團(tuán)曾經(jīng)試圖改進(jìn)過(guò)渦輪遲滯問(wèn)題。 相關(guān)圖片: 8 ,         &#

6、160; 奧迪TT的1.8T發(fā)動(dòng)機(jī)曾經(jīng)配備過(guò)雙渦輪增壓。所謂雙渦輪增加就是給發(fā)動(dòng)機(jī)裝兩個(gè)增壓器。一個(gè)是小直徑的渦輪，由于體積小重量輕，所以接入轉(zhuǎn)速較低；另一個(gè)是大直徑的渦輪，在中高轉(zhuǎn)速才介入。即便如此，也不能從根本上解決渦輪遲滯，僅僅只能緩解渦輪遲滯。仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智，奔馳對(duì)于它的小型增壓發(fā)動(dòng)機(jī)并沒(méi)有像大眾奧迪那樣采用渦輪增壓，而是采用了一種沒(méi)有遲滯的機(jī)械增壓裝置。圖為大眾高爾夫GT發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器          所謂機(jī)械增壓，就是利用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力帶動(dòng)一個(gè)羅茲壓氣機(jī)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)本身的動(dòng)力來(lái)壓縮空氣，并且燃燒壓

7、縮空氣的一種增壓方式。它跟空調(diào)壓縮機(jī)很相似。 圖為福特GT40的機(jī)械增壓器外觀 相關(guān)圖片:         機(jī)械增壓器的原理與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵有些類(lèi)似，也是與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力相連，只不過(guò)壓縮的是空氣。它與渦輪增壓器在性能上最大的區(qū)別就是對(duì)壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)]有限制。也就是說(shuō)只要羅茲壓氣機(jī)在轉(zhuǎn)，就可以壓縮空氣。而渦輪增壓器由于是靠高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空氣離心力來(lái)壓縮空氣，所以需要非常高的轉(zhuǎn)速（通常TURBO的轉(zhuǎn)速能接近10萬(wàn)轉(zhuǎn)/分鐘）。所以即便發(fā)動(dòng)機(jī)怠速或者處于1000轉(zhuǎn)左右的低轉(zhuǎn)速，也能連接機(jī)械增壓器壓縮進(jìn)氣。 圖為T(mén)SI發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械增

8、壓器和發(fā)電機(jī)總成相關(guān)圖片: :         不過(guò)處于經(jīng)濟(jì)型考慮，怠速工況時(shí)電磁離合器是斷開(kāi)的，也就是說(shuō)怠速時(shí)壓縮比并沒(méi)有與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力相連，不過(guò)只要踩下油門(mén)電磁離合器可以迅速連接發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。所以機(jī)械增壓能夠給汽車(chē)帶來(lái)很好的低轉(zhuǎn)扭矩，讓起步時(shí)沖進(jìn)十足。雖然克服了渦輪增壓器遲滯的缺陷，單機(jī)械增壓也并非完美。由于它需要消耗發(fā)動(dòng)力動(dòng)力，而且增壓器中的兩個(gè)轉(zhuǎn)子相互摩擦?xí)p耗大量的能量。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)速低損耗也就小，但如果處于高轉(zhuǎn)速工況，那么這樣能量損耗是非常大的。不僅經(jīng)濟(jì)性差，高轉(zhuǎn)動(dòng)力性也要受到影響。 圖為大眾TSI發(fā)

9、動(dòng)機(jī)上使用的機(jī)械增壓器         所以渦輪增壓和機(jī)械增壓都有著各自的先天缺陷，而這兩種增壓方式的優(yōu)缺點(diǎn)又是相互互補(bǔ)的。大眾就是利用了這兩種增壓性能優(yōu)缺點(diǎn)的互補(bǔ)性開(kāi)發(fā)出了TSI雙增壓系統(tǒng)。那么現(xiàn)在再看TSI就很好理解了。他是渦輪增壓與機(jī)械增壓的相結(jié)合。也就是說(shuō)，TSI發(fā)動(dòng)機(jī)擁有兩套增壓系統(tǒng)，一套靠渦輪壓縮進(jìn)氣，另一套靠羅茲壓氣機(jī)壓縮進(jìn)氣。當(dāng)然，它們什么時(shí)候起作用是由電腦說(shuō)了算的。電腦即能夠控制進(jìn)排氣旁通閥的開(kāi)閉，也能控制機(jī)械增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的電磁離合器的開(kāi)閉。  圖為大眾TSI雙增壓系統(tǒng)相關(guān)圖片:

10、 如圖，機(jī)械增壓器和渦輪增壓器在進(jìn)氣道中是被串聯(lián)在一起的。空氣從空氣過(guò)濾器進(jìn)入到進(jìn)氣管以后，首先要經(jīng)過(guò)機(jī)械增壓器，然后通過(guò)進(jìn)氣管的引導(dǎo)再經(jīng)過(guò)渦輪增壓器，最后進(jìn)入到進(jìn)氣歧管當(dāng)中去。雖然機(jī)械增壓器和渦輪增壓器是相互串聯(lián)在一起的，但兩者并不都是同時(shí)工作。圖為大眾1.4升TSI發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓結(jié)構(gòu) ) 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工況時(shí)（通過(guò)節(jié)氣閥開(kāi)度傳感器可以測(cè)得），機(jī)械增壓器的電磁離合器是分離的，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)與機(jī)械增壓器之間動(dòng)力是斷開(kāi)的（這就意味著增壓器沒(méi)有消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率），而且機(jī)械增壓器附近的進(jìn)氣旁通閥打開(kāi)，空氣并沒(méi)有流經(jīng)機(jī)械增壓器，而是從旁通閥直接吸入；到了渦輪增壓器的位置，渦輪增壓的進(jìn)氣旁通閥也是打開(kāi)的，這

11、就相當(dāng)于進(jìn)氣繞過(guò)了渦輪，直接被吸入氣缸。也就是說(shuō)在怠速工況時(shí)，渦輪增壓器和機(jī)械增壓器都是不工作的，這相當(dāng)于一臺(tái)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷工況下低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（通過(guò)節(jié)氣閥傳感器檢測(cè)到又少許油門(mén)開(kāi)度，而且通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)速處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)），電腦會(huì)接通機(jī)械增壓器的電磁離分離，并且關(guān)閉機(jī)械增壓旁通閥，讓機(jī)械增壓器開(kāi)始工作，此時(shí)的增壓值為1.2bar.我們知道機(jī)械增壓器有增強(qiáng)低速扭矩的特點(diǎn)，而且在低轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的消耗并不大。所以既能夠獲得良好的油門(mén)相應(yīng)，又能夠增大發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩輸出。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)超過(guò)1500轉(zhuǎn)時(shí)，渦輪開(kāi)始介入，此時(shí)的增壓值提高到2.5bar。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3500轉(zhuǎn)/分

12、以上的高轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)械增壓器開(kāi)始停止增壓，此時(shí)完全依靠渦輪增壓來(lái)進(jìn)行增壓，增壓值從2.5bar降到1.3bar。因?yàn)槲覀冎酪坏┺D(zhuǎn)速上升，機(jī)械增壓器會(huì)消耗大量發(fā)動(dòng)機(jī)能量，而中高轉(zhuǎn)速是渦輪增壓的強(qiáng)項(xiàng)，這樣不僅避免了渦輪遲滯，讓渦輪有足夠的加速時(shí)間，還在很大程度上增加了低轉(zhuǎn)扭矩，降低高轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)械增壓器產(chǎn)生的噪音。這樣徹底解決了兩種增壓方式的缺陷，達(dá)到了一種完美增壓的效果。 目前大眾已經(jīng)在旗下的高爾夫G和新途安上配備了改發(fā)動(dòng)機(jī)，排量雖然只有1.4L但是在雙增壓的作用下能釋放出200匹的動(dòng)力，這樣的動(dòng)力用在高爾夫V這么大的A級(jí)車(chē)上動(dòng)力性是非常驚人的。這也使得高爾夫GT成為了十足的小鋼炮。由于雙增壓能極大

13、的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，所以一臺(tái)4氣缸盡1.4L排量的發(fā)動(dòng)機(jī)能釋放出6缸3.0L發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，但體積卻比6缸發(fā)動(dòng)機(jī)要小得多。   分析TSI術(shù)語(yǔ) 揭露廠商宣傳的狡猾   邁騰1.8TFSI、明銳1.8TFSI、速騰1.4TSI,這些詞匯最近大量出現(xiàn)在我們眼前。其中曝光最多的TFSI和TSI混亂的出現(xiàn)在各種媒體上,邁騰/明銳的稱(chēng)號(hào)多的看花了眼:邁騰1.8TFSI、邁騰1.8TSI、明銳1.8T FSI、明銳1.8TSI.到底TSI這三個(gè)小小的字母是什么含義?TFSI和TSI之間有多大差別?請(qǐng)您繼續(xù)往下看: 到底什么是TSI發(fā)動(dòng)機(jī)?機(jī)械+渦輪+分層直噴=TSI大眾1.4TSI發(fā)

14、動(dòng)機(jī)拆解圖TSI是Twincharger(渦輪增壓和機(jī)械增壓)和Fuel Stratified Injection(燃油分層直噴)三個(gè)關(guān)鍵特色的首字母縮寫(xiě)。這是一款雙增壓的燃油分層直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。TSI發(fā)動(dòng)機(jī)是在FSI技術(shù)的基礎(chǔ)之上,安裝了一個(gè)渦輪增壓器和一個(gè)機(jī)械增壓器,提升動(dòng)力輸出,降低油耗。大眾1.4升TSI發(fā)動(dòng)機(jī)是全球第一臺(tái)擁有兩個(gè)增壓裝置的汽油直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。大眾1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理圖TSI持續(xù)的動(dòng)力輸出范圍更廣,同時(shí)油耗上與同排量甚至更大排量發(fā)動(dòng)機(jī)相差不多。最大功率:168匹馬力/6000轉(zhuǎn)最大扭矩:240牛米/1750-4500轉(zhuǎn) 1.4升TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的功效可以與一臺(tái)普通2.3升發(fā)動(dòng)

15、機(jī)相比美,但是燃油消耗能夠降低近20%。因?yàn)闄C(jī)械增壓可以從怠速開(kāi)始就能為發(fā)動(dòng)機(jī)提供增壓效果,彌補(bǔ)了渦輪增壓系統(tǒng)的延時(shí)缺點(diǎn),所以TSI是一種極高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)形式,會(huì)是動(dòng)力性與燃油燃油經(jīng)濟(jì)性的完美統(tǒng)一。 解析一汽-大眾要去掉1.4TSI的機(jī)械增壓主要出于使用成本考慮上面這段TSI介紹讓大家眼前一亮,這么好的發(fā)動(dòng)機(jī)形式,為什么一汽-大眾要縮水掉機(jī)械增壓呢?原因很簡(jiǎn)單:那就是后期使用成本。看過(guò)上面的TSI介紹,也許您會(huì)認(rèn)為T(mén)SI是完美的發(fā)動(dòng)機(jī)了,實(shí)際不是這樣的。TSI發(fā)動(dòng)機(jī)中的機(jī)械增壓系統(tǒng),由于和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出是硬性連接(注解1)的,也就說(shuō)只要車(chē)啟動(dòng),機(jī)械增壓就在向發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行壓氣工作,轉(zhuǎn)速越高機(jī)械增壓的工作強(qiáng)度越高,一分鐘也得不到休息。一分鐘得不到休息的概念是什么呢?也就是機(jī)械增壓系統(tǒng)要比渦輪增壓更早的達(dá)到壽命極限(渦輪增壓系統(tǒng)壽命解析見(jiàn)注解2),在渦輪增壓系統(tǒng)還在壯年期的4萬(wàn)公里時(shí)候,機(jī)械增壓系統(tǒng)也許就已經(jīng)進(jìn)入了暮年,檢查和更換成了必須的工作。一個(gè)機(jī)械增壓套件少說(shuō)也得1.5萬(wàn)元,5萬(wàn)公里就更換一次的頻率對(duì)于國(guó)人來(lái)說(shuō)顯然是完全不能接受的,外加10萬(wàn)多公里時(shí)候又需要換更貴的渦輪增壓(4S店報(bào)價(jià)渦輪本體+工時(shí)費(fèi)1.8萬(wàn)),如果一汽-大眾量產(chǎn)了1.4TSI發(fā)動(dòng)機(jī)的話