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- -图中这是一个罗茨机械增压器。来自https://en.wikipedia.org/wiki/Supercharger

小谈机械增压

26w ago

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随着发动机的排量越来越小,强制进气也就成了各大厂商在追求动力的时候一个行之有效的解决方案。涡轮增压这种强制进气方式在如今的车上十分常见,家用车、性能车、跑车,咱们能在几乎所有种类的车上找到涡轮增压器的身影。反观机械增压,它受到的的待遇显然就不是一个级别的了。今天咱们就来聊聊机械增压的起源、它和涡轮增压的区别以及现在的厂商更青睐后者的原因。

机械增压这一概念的诞生还要追溯到19世纪。苏格兰工程师Dugald Clerk在1885年研制出了世界上第一台可以运行的、经过了测试的两冲程发动机,这台发动机有一个负责做功的汽缸,还有另一个汽缸负责把空气压进做功汽缸。虽然这种设计没有带来任何增压效果,但依然有很多人认为这就是世界上第一台机械增压发动机。

-Dugald Clerk设计的世界上第一台两冲程发动机。来自https://en.wikipedia.org/wiki/Dugald_Clerk

和涡轮增压不同,机械增压在汽车领域的应用要早得多。世界上第一款机械增压的车是来自DMG公司的Mercedes 6/25/40 hp以及Mercedes 10/40/65 hp,这些1921年发布的车型都使用了罗茨式的机械增压器,它们也是“Kompressor”这个名字的起源。而涡轮增压首次在量产车上亮相的时候已经是1962年了。

-Mercedes 6/25/40 hp。来自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wolfsburg_Jun_2012_082_(Autostadt_-_1923_Mercedes_6-25-40_HP).JPG

不过由于机械增压器技术较为复杂,而且成本较高,这种增压方式大部分都被应用在了那些昂贵的高性能车型上。比如1957年的第一代福特Thunderbird就有一款采用机械增压的高功率版,本来只能输出245hp的5.1升V-8发动机在增压之后能输出300hp。

大众、丰田这些厂商也使用过机械增压技术,比如大众的第二代高尔夫、第二代Polo、第三代帕萨特都有使用G-Ladder机械增压器的版本。丰田旗下品牌Scion的第一代Scion tC也有一个TRD机械增压版,不过在第二代的时候就没有了。

还有一些豪华品牌的车型大家都比较熟悉了,比如奔驰第二代C级的C230K、C32 AMG、S55 AMG,奥迪在2009年推出的3.0 TFSI机械增压V-6发动机之类的。捷豹路虎现在的很多顶配版车型也还在使用机械增压发动机。

历史上的机械增压器种类比较多,不过现在车上还在广泛使用的也就是离心式和双螺杆式的了。前者做的比较大的有给福特和通用发动机提供整套机械增压方案的Vortech和曾经给柯尼塞格CCX、CCXR、CCR、CC8R提供机械增压器的Rotex。后者比较有名的是Eaton TVS以及克莱斯勒Hemi发动机提供机械增压器的IHI。

-柯尼塞格CCX的4.7升V-8双机械增压发动机,左下两个普利盘背面带的就是两个机械增压器。来自https://www.autoevolution.com/cars/koenigsegg-ccx-2006.html

机械增压和涡轮增压两者之间的区别在于,涡轮增压器是由发动机排气驱动的,而机械增压器是由发动机曲轴驱动的。涡轮增压这种增压方式可以提高发动机整体效率,把排气中本来会被浪费掉的能量拿出了一部分进行利用。而机械增压器本身就会消耗一部分发动机的功率,例:道奇Challenger SRT Hellcat那台707hp发动机的IHI 2.4升双螺杆机械增压器保持在最高转速14600rpm需要消耗80hp。

厂商经常借助涡轮增压来减小发动机排量,在保持动力输出水平的情况下把发动机做小,发动机体积和排量变小的好处太多了,就不一一赘述了。那么既然涡轮增压效果这么好了,为什么咱们还要用机械增压呢?首先是涡轮迟滞。机械增压没有涡轮迟滞,发动机直接驱动的机械增压器实时跟随发动机的转速提供增压效果。之后,一个涡轮增压器只能在某一段转速区间内提供有效的增压效果,而有些机械增压可以在整个发动机转速区间内都提供非常线性的增压效果。最后,涡轮增压器需要机油进行润滑,增添了安装和保养成本。

-来自Vortech的离心式机械增压器,和涡轮增压器很像吧。来自https://www.hotrod.com/articles/we-answer-your-centrifugal-supercharger-questions

离心式机械增压器外观和涡轮增压器的压气机侧很像,效果也很像。它本身的效率很高、体积小、进出口温差小、安装位置限制不大,不过它只能在一个比较窄的转速区间提供非常好的增压效果(一般都会匹配发动机的高转速区间),和那些转速可以拉到很高而且扭矩输出主要在高转速区间的发动机可以合作的很愉快(比如本田S2000的发动机)。

-双螺杆式机械增压器。来自http://www.mustangandfords.com/g00/how-to/engine/1507-a-close-look-at-kenne-bells-2-8l-twin-screw-s550-mustang-supercharger/photo-gallery/?i10c.encReferrer=aHR0cHM6Ly93d3cuZ29vZ2xlLmNvbS8%3d&i10c.ua=1&i10c.dv=1

双螺杆式机械增压器的优点是它可以在一个非常宽的转速区间内提供很好的增压效果,提升发动机在低转速区间的扭矩,而且不需要机油润滑。不过这种机械增压器体积大、进出口温差大、更吵(没准算优点),而且必须安装在发动机顶部,有些车发动机舱里的空间不足以装下这么大的增压器。

-道奇Challenger SRT Hellcat的发动机舱,发动机顶部那个巨大的银色的部分就是机械增压器本体。来自https://www.hellcat.org/threads/engine-bay-dress-up.36273/

站在厂商的角度上,机械增压器的研发成本、安装难度以及消费者们对燃油经济性的需求让厂商都更加倾向于涡轮增压。而且随着涡轮增压技术的不断进步,涡轮迟滞也在很大程度上得到了解决,可能以后机械增压只会活跃在改装市场上了,sad。

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