汽车从最初被发明出来到现在已经经历了上百年的发展进程。如今已经成为了人们出行的重要交通工具。根据我国公安部交管局公布,截至2019年年底,我国汽车保有量高达2.6亿辆。随着人们环保意识的增强,对汽车尾气的排放检验标准也逐年提高。为了达到更佳的燃油经济性,满足日益严苛的排放法规,减少发动机排量和缸体数量无疑是最快捷的解决办法。可这样一来,就损失了汽车的动力。排量小了,汽车也就跑不快了,为了解决这个问题,汽车增压系统应运而生,它能够在保持燃油消耗不变的前提下,增加汽车的动力。那么究竟什么是汽车增压系统呢?
汽车动力系统主要分为自然吸气、增压和电力三大动力系统,增压系统是指在不增加油耗的前提下,借助外力,在短时间内提升汽车动力的系统。而增压系统主要分为三大类,即涡轮增压、机械增压和电子增压。下面分别介绍一下这三种增压系统的工作原理。
涡轮增压器实际上是台空气压缩机,它是利用发动机排出的废气惯性推动涡轮,涡轮又带动同轴的叶轮压缩由空气滤清器管道送来的空气,使空气压缩后进入气缸,增加发动机气缸内燃油的燃烧程度,从而提高车辆的动力。当发动机转速提高,废气排出速度与涡轮转速也同步提高,叶轮就压缩更多的空气进入气缸,空气的压力和密度增大车辆也就获得了更大的动能。整个过程中基本不会消耗发动机的动力,并且拥有良好的加速持续性。涡轮增压器的压缩叶轮是复杂的三元曲面超薄壁叶轮片,一般有12~30片叶,叶片形状的优劣直接影响到到涡轮增压发动机的性能。叶轮形状角度越合理,质量越轻,叶轮的启动就越灵敏,涡轮增压器的天生缺陷“涡轮迟滞”现象也就越不明显。
“涡轮迟滞”现象主要是因为在涡轮增压器介入的瞬间,并没有足够多的空气进入叶轮,所以无法达到给发动机助燃的效果,而随着驾驶者继续加速,发动机会排出更多废气,促使叶轮加快转速,这样整个涡轮增压系统就会运转起来,增加动力。这一“迟滞”过程一般在1~2秒之间。如果在路上看到某辆车尾部有“Turbo”或者“T”的标识,即表明该车采用的发动机是带涡轮增压器的。
相对而言,自然吸气系统没有安装任何形式的增压器,虽然可以通过可变气门正时系统得到较大的马力输出,但动力的提升很有限。为了有效增加发动机的输出功率,采用增压系统可说是最有效的方式。
机械增压机与汽车发动机曲轴相连,通过汽车发动机曲轴的动力带动一个机械式的空气压缩机旋转来压缩空气,使发动机燃烧室内涌进更多压缩后的空气,达到助燃效果,从而增加汽车动力。由于机械增压器是由曲轴带动的,发动机启动时,增压器也就同时开始工作,所以在低转速时,发动机的扭矩输出表现也十分出色,不会出现像涡轮增压的“迟滞”现象。然而,由于驱动压气机消耗了发动机一定的输出功率,在发动机高速运转时,机械增压器对发动机动力的损耗也是很大的,所以当汽车的速度达到一定程度时,机械增压的作用就不明显了,有些甚至会影响汽车的后期加速性能。
电子涡轮增压是利用电机对进气增压,提高发动机燃烧室内空气含量,使燃油燃烧更加充分,从而达到提高汽车动力的目的。电子涡轮的控制模块可以更加合理地调节增压值,让进气效率更合理。这样既不存在低速时的涡轮“迟滞”现象,也不像机械增压那样,在高转速时损耗发动机动能。目前来看电子涡轮增压形式是未来汽车增压系统发展的趋势,其制造成本仅为涡轮增压器的10分之一,甚至更少。双增压发动机,是指一台发动机上装有两个增压器。如一台发动机上采用两个涡轮增压器,则称为双涡轮增压发动机。而针对涡轮增压器“迟滞”的现象,设计师们先是推出了涡轮增压+机械增压的发动机,后来又新研制出了涡轮增压+电子增压的发动机。
双增压发动机的主要目的是弥补涡轮增压系统在低转速时的“迟滞”现象。将机械增压器安装到发动机进气系统上,涡轮增压器安装在排气系统上,从而保证发动机在低速、中速和高速时都能有较好的增压效果。
电子涡轮的存在就是为了解决涡轮“迟滞”问题的,而且在整个增压过程中都是充当辅助的角色。当发动机处于低转速,涡轮增压器达不到工作要求时,电子涡轮会首先介入,它能够在0.25秒之内使电机转速达到7万转,通过电机压缩空气来增大进气量。当发动机转速升高后,发动机排气的压力达到要求,此时就会由传统的涡轮增压器来接管,电子涡轮就不会起到作用,也就是说电子涡轮在汽车低速时起辅助作用,在汽车高速时关闭。
电子涡轮增压技术目前还无法得到广泛应用,其主要原因在于传统汽车电路的12V电压的限制。12V的汽车电瓶的功率无法驱动电子涡轮提供巨大的增压值。相比于涡轮增压机的涡轮叶片动辄十几万甚至几十万转的转速,电子涡轮的功率还无法达到这一效果。电子涡轮这个技术最早是在奥迪车上出现的,2016年上市的奥迪SQ7的发动机就搭载了电子涡轮,所以SQ7也就成为世界上第一辆搭载电子涡轮的量产车。为了匹配电子涡轮的功率,奥迪在SQ7上建立了一个48V的供能系统,并且还加入了一个转换器,以便于在12V与48V电源之间做转换。虽然电子增压系统价格便宜,但还是不建议车友们私下里加装这一系统来增强汽车动力。因为普通车的电瓶无法满足电子涡轮工作所需的电力,同时改动原有汽车电路系统也会带来安全隐患。