汽车知识

从四冲程原理到涡轮增压与机械增压

一个被喜欢跑车的人最经常问到的问题是:

"哪个更好?是涡轮增压(Turbo Charger)还是机械增压(Super Charger)?"

答案不是简单的一两句就可以解决的,要了解这个问题,让我们回顾一下初中物理学过的四冲程引擎原理(热力学上叫Otto-Cycle)

简单来说,一具引擎会不停运转而产生动力,是因为汽油进入燃烧室,与空气混合形成油气混合物后由火花塞点燃,燃烧中产生的压力推动活塞产生动力,最后燃烧后的废气经由排气闸门排出外界,然后循环造成的.

这个过程可分为四部分(即Otto-Cycle)

1.进气冲程
2.压缩冲程
3.燃烧(或动力)冲程
4.排气冲程

具体的大家可参照初中物理课本(如果你们还有的话:P),在这里就不详细说明了.值得一提的是转子引擎,它也是在这个Otto-Cycle的规范而设计的引擎,但它的机械构造和其它的有很大不同,使得它能以小的排量产生大的动力.

如何提高引擎的效率呢?根据能量守恒定律,要增加引擎的效率,只能是用更多的能量了-进气,压缩,燃烧,排气-工程师能做的也就是改进这四个部分.其中,TURBO 和 Super Charger都是针对’进气’这个环节而设计的(其它除了排气外,没什么能大改的了,效果也不大).

TURBO:
TURBO是利用排气冲程所排放的废气,转动它的Turbine(排气转子),当 Turbine到达一定转速时,它带动进气转子(Compressor)-两者是同轴异室的-,强行吸进额外的空气,所以普通引擎叫Natural aspiration(NA,自然进气),因为TURBO是"不自然"进气的,哈哈.

Super Charger:
Super Charger和TURBO的不同之处是,它的进气转子是经由皮带,直接由引擎曲轴驱动,所以,对比TURBO,它是"all the way(全程增压)",只要引擎一发动就有作用.

好了,我们开始对比一下两者的利弊吧:

-价格:
在同一具引擎上,两者差别不大(这是指一般的产品,同增压性能而言,超高性能的则很难比较),所以价格通常不在考虑之列.

-效率:
这是TURBO最大优点,因为TURBO只是由废气驱动,相对比要由引擎驱动的Super Charger,它不用浪费部分引擎动力,也较经济省油.

-延迟:
这是TURBO最大缺点(有名的TURBO Lag,涡轮迟滞效应),也是Super Charger的最大优点,因为要等到TURBO的Turbine到达一定转速时(大概12000RPM)才能启动Compressor工作,尽管所需时间很短,但是对于驾驶者来说,是很不舒服的感觉,试想,当你重踩油门过了1-2秒车子才突然冲出去,对车子的操作感都变差了吧?而Super Charger就像之前所说的,"all the way",只要引擎开着就在工作,不会有任何的延迟.

-散热:
因为TURBO的Compressor是在排气管里面(很热很热的地方!)的,加上它超高速的运转轴承(12000RPM以上耶!),由此而来的高温高压是不可避免的,因此需要采取如机油冷却/水冷却,机械开关/电脑泄压的方式来保证车子安全.另外,几乎所有的TURBO车上一定得有Intercooler(中央冷却器)装置.因为更多的空气被压缩后,温度升高,密度降低,也就是含氧量减少(再回去翻翻物理书吧^^),燃烧效率降低,所以必须用Intercooler来冷却空气温度.对于Super Charger问题就小多了,一般来说boost level(中文不知怎么翻译,增压级数?)在10psi(Pounds per Square Inch,磅/平方英寸)以下的是不用Intercooler的.

-噪音:
TURBO的构造决定了它所产生的噪音是小于Super Charger的,因为TURBO安于排气管的Turbine起到了消声的作用,而Super Charger...有些夸张的更将整套装置外露于引擎盖上方(参看FAST&FURIOUS-速度与激情里的那辆黑色Dodge Charger...),非常吵,但是很多人就是喜欢!

-动力输出:
总体来说TURBO占优,Peak Power(峰值功率)TURBO要强于Super Charger,但高功率TRURBO需要改装引擎的其它部分.

-安装:
TURBO较复杂,因为要有部分要装入排气系统里面,还得加Intercooler什么的.

-稳定性:
一般来说Super Charger较好,TURBO车在熄火以后排气管的转子有可能因为仍然过热产生很多问题,在此不多说.

总的说来,双方各有利弊(<--废话),究竟哪个好得具体到每辆车和每个人要求的不同.