好事成双—双增压系统发动机技术解析

　　当传统的自然吸气式发动机已经无法再满足我们追求极致的驾驶推背感和对于车辆动力性能的更高要求时，“发动机增压”这样一个具有革命性和突破性的技术打破了传统发动机在动力性能提升方面的技术壁垒，使采用增压技术的发动机比相同排量的自然吸气式发动机具有更加优异的动力性能。

不过，在中国有句俗话，叫“好事成双”，相比采用单增压系统的发动机，双增压系统发动机似乎更能表达中国人对于“好事成双”这句话的理解。目前，包括宝马和大众在内的多家汽车厂商都已经在各自旗下的车型上装备了双增压系统发动机。下面，我们就针对双增压系统发动机的技术特点以及优势，以上述2个汽车厂商的双增压系统发动机作为具体实例进行介绍。

　　发动机增压的种类

　　众所周知，发动机的工作原理就是把汽油和空气的混合气吸入气缸，然后由火花塞点燃，燃烧膨胀的气体推动活塞做功，从而实现发动机运转。但是由于油气混合气的量会受到吸入气缸内空气量的影响，发动机的最大输出功率也会因此受到一定程度的限制。如果发动机的运行已经处于最佳状态，想要再增大输出功率就只能依靠发动机增压技术通过压缩更多的空气进入气缸来增加油气混合气的量，从而达到提高车辆动力性能的目的。在介绍双增压系统之前，我们先来了解一下发动机的几种不同的增压类型，其中比较常见的有机械增压和涡轮增压，气波增压由于机构体积庞大，适用范围较窄，在这里就不做详细阐述了。

　　机械增压系统

　　机械增压器（Supercharger）是由发动机曲轴经齿轮增速器驱动的一种增压装置。发动机在运行时，气缸内的油气混合气燃烧推动活塞做功进而带动曲轴旋转，与此同时，曲轴驱动机械增压器的转子旋转，能够达到增大进气压力和加快空气流动速度的目的，使更多的空气进入发动机进气歧管。由于进气量的增加，可相应地增加供油量，从而可以增加发动机功率。机械增压能有效地提高发动机功率，尤其是低速增压效果更好。另外，机械增压器与发动机容易匹配，结构也比较紧凑。但是，由于驱动机械增压器需要消耗发动机功率，因此燃油消耗率比非增压发动机略高。

　　涡轮增压系统

　　涡轮增压也称废气涡轮增压，是目前最常见、应用最普遍的发动机增压系统。涡轮增压器（Turbocharger）实际上是一种空气压缩机，由涡轮机和压气机组成，涡轮机和压气机又分别与发动机排气系统和进气系统相连。发动机在运行时，气缸排出的废气进入涡轮机，由废气能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动与其同轴安装的压气机叶轮共同工作，使更多的新鲜空气在压气机内增压后进入气缸，增加的空气量使气缸内油气混合气的量也随之增多，从而增大发动机的输出功率。涡轮增压的优点是在发动机转速较高时增压效果显著，燃油经济性也比机械增压和非增压发动机要好，并且可大幅度地降低有害气体的排放和发动机的噪声水平。其缺点是由于叶轮本身的惯性作用导致涡轮增压器在发动机转速较低、废气能量不足时无法有效工作，致使涡轮增压器的响应时间滞后，也就是我们通常所说的“涡轮迟滞”现象，这也直接导致车辆在低速行驶时发动机功率增加不明显。而且在发动机工况连续发生变化时，涡轮增压器瞬时响应速度较慢，致使汽车的加速性，尤其是低速加速性能较差。

　　双涡轮增压系统

　　双涡轮增压系统，顾名思义，就是采用2个相互独立的涡轮增压器的增压系统。区别于常见的单涡轮增压发动机，双涡轮增压发动机在2个涡轮增压器的共同作用下，进气效率大幅提升，增压效果更加显著。由于使用了2个涡轮增压器，双涡轮增压系统的结构变得更加复杂，因此多用于直列6缸和V型发动机上，而单涡轮增压系统则多用于直列4缸发动机上。

　　由于双涡轮增压发动机在车辆动力性能提升和发动机动态响应速度方面所表现出来的突出优势，目前，包括宝马在内的多家汽车厂商都已经在各自旗下的车型上采用了双涡轮增压的增压型式。以宝马在X6 xDrive50i全能轿跑车型上装备的4.4 L V8双涡轮增压汽油直喷发动机为例，这款发动机的双涡轮增压系统由2个大小完全一样且呈并联方式排列的涡轮增压器组成。按照气缸工作顺序把1、3、5、7缸分为一组，2、4、6、8缸作为另一组。发动机在运行时，每组4个气缸的排气共同驱动一个涡轮增压器，2个涡轮增压器同时工作，在一定程度上缓解了“涡轮迟滞”现象对车辆低速行驶时发动机功率快速增加所造成的不良影响。但是，双涡轮增压发动机并不能完全消除“涡轮迟滞”现象，毕竟，涡轮增压器叶轮的惯性作用依然存在。只不过，我们仅是从双涡轮增压技术的角度出发来进行分析，在实际使用中，双涡轮增压发动机通常都装备在直列6缸或V型等排量较大的发动机上，由于发动机本身的动力性能已经相当优异，驾驶者在驾车时也不会因为“涡轮迟滞”察觉到车辆在加速过程中的动力滞后。

　　涡轮增压+机械增压

　　涡轮增压加机械增压，结果等于什么呢？答案当然还是双增压系统。由于涡轮增压系统和机械增压系统分别拥有各自的优势和劣势，因此，由1个涡轮增压器和1个机械增压器共同组成的双增压系统发动机同时具备了涡轮增压系统和机械增压系统的双重技术优势，并且使整合在一起的这两种不同型式的增压系统实现了优势互补。大众公司作为率先将采用涡轮增压和机械增压两种不同增压型式的双增压系统发动机应用在量产车型上的汽车厂商，在双增压系统的技术应用方面已经相当成熟。

　　大众公司在第6代高尔夫车型上装备的1.4L TSI双增压系统汽油直喷发动机就采用了涡轮增压与机械增压相结合的双增压技术。发动机在较低转速下运行时，由机械增压器提供绝大部分的增压压力，发动机输出功率的增加主要来自于机械增压系统，此时涡轮增压器由于“涡轮迟滞”增压效果并不明显。待发动机转速上升到1500r/min时，涡轮增压器的增压效果开始增强，并与机械增压器共同为发动机功率的增加提供所需的增压压力。随着转速的不断提高，涡轮增压器的增压效果也在不断增强，与此同时，机械增压器的增压效果开始逐渐减弱。当发动机转速超过3500r/min时，由涡轮增压器提供全部的增压压力，发动机输出功率的增加全部来自于涡轮增压系统，此时机械增压器已经停止工作，以防止消耗发动机功率。应该说，双增压系统发动机很好地解决了机械增压系统燃油经济性较差和涡轮增压系统在低转速时容易产生“涡轮迟滞”现象的问题，但是，由于双增压系统结构复杂，不易与发动机匹配，对于发动机零部件的制造要求也较高，因此，目前只在个别车型上实现了应用。