汽车发动机的增压形式有很多,为何只有涡轮增压成为主角?

近年来,通过安装涡轮增压器在确保动力的同时减小气缸数量和排量的涡轮已经引起了人们的关注。直接喷射系统使得可以精确地控制燃烧,并且即使对于小排量发动机,也可以获得与大排量相当的输出,但是增压器除了涡轮增压器之外还具有增压器。那么,为什么不那么频繁采用增压器呢?是什么原因?

增压器的优缺点

增压器大致分为增压器(以下称为SC)和涡轮增压器(以下称为涡轮)。两者都可以将压缩空气泵入气缸,从而更容易燃烧燃料并挤出更多的动力和扭矩。

那么两者之间有什么区别?SC被称为“机械增压器”,而涡轮被称为“废气增压器”。从名称上的差异可以看出,SC使用连接到发动机曲轴的压缩机压缩空气,而涡轮利用涡轮机(叶片)的废气能量为压缩机提供动力。来自气缸的废气的风压使涡轮旋转以压缩空气。

SC的优点是可以在需要时直接进行增压。由于SC物理连接到曲轴,因此理论上可以在发动机启动的同时对其进行增压,并且在低速范围内会产生较大的扭矩,这是发动机不擅长的。利用这一特性的发动机是丰田在1980年代中期开发的1G-GZE型和4A-GZE型。另外,1989年3月,从日产公司购置的MA09ERT双涡轮增压发动机配备了涡轮增压和SC,引起了极大的关注。目的是通过SC为低速至中速范围增压,并通过涡轮增压为高速范围。

SC的弱点是燃油效率和重量。由于SC由曲轴的旋转提供动力,因此曲轴上的负载增加,导致燃油效率下降。此外,由于零件的数量大于涡轮的零件的数量,所以发动机的重量增加,这导致燃料效率和操纵性的劣化。

另外,由于SC最初被设计为在低转速范围内运行,因此它不能应对高转速,从而导致物理损失增加和燃料消耗减少。

但是,近来的SC配备有电磁离合器,该电磁离合器根据行驶情况而设置为增压,因此燃料效率不会超过必要程度的下降,并且它是一种以高转速切断与曲轴的连接的机构。可以确保发动机的自然吸气至高转速,同时抑制燃料效率的下降,但是在高转速时仍未增压。

出现新技术以补充低速扭矩

至于家用汽车,自从丰田公司于1985年推销1G-GZE型汽车以来,直到1990年代中期,从微型汽车到小型货车,已经有十几种配备SC的汽车。但是,截至2020年1月,只有少数配备SC的家用汽车,例如日产Note,Mazda3和SKYACTIV-X配备了CX-30。为什么配置SC增压器这么少呢?

原因是出现了可以补充低速扭矩的新技术。它是省油,清洁的混合动力车,是小型涡轮增压器的出现。

并联混合动力系统是电动机补充了发动机不擅长的起动的系统。它利用了可以在启动的同时产生最大转矩的电动机特性。电动机在加速期间还负责供电,其作用与SC相同。

此外,以前的涡轮机很笨重,直到发动机转速提高时才开始增压,但近年来,已经开发出了轻质且高耐热性的材料,并且转速低。重要的一点是,即使排气压力很小,也可以增压。

但是,当产生最大扭矩时,最新型涡轮增压器的转数约为1500 rpm。该转速几乎与SC的范围相同。此外,与SC的不同之处在于,即使在高速行驶时,它也不会干扰发动机的运转。

如果将来没有对SC的需求,则不是这种情况。日产在HR12DDR引擎上配备了SC,并且可以在高速加速时运行,因此它不用于日常驾驶。马自达还使用SC作为SKYACTIV-X的气源,这需要大量的空气。由于它不是用于增压,因此它不会压缩SC内部的空气,而只是将其用作指导。