涡轮增压全面超越机械增压·最理想的方案是“电驱”

参考机型：

1. 路虎发现5 3.0S-V6，250kw/450N·m（4500~5000rpm）
2. 坦克500 3.0TT-V6，260kw/500N·m（1500~4000rpm）

S是机械增压的缩写，T是涡轮增压的缩写，TT指双涡轮增压，六缸机可以理解为一排气缸连一组涡轮增压器，这样有利于控制增压和排气，并不是为了去提高增压的压力。

机械增压为什么很少有车辆使用了呢？原因应当很清晰了，看一看发现5 3.0S的扭矩曲线吧；很多人说机械增压器“没有迟滞”，这个说法没有错但暗示的观点是大错特错的，下图为机械增压器的概念。

所谓机械增压指的是增压器与发动机的曲轴刚性连接，以曲轴转动的方式带动增压器涡轮运转，这是个纯机械结构；其缺点也就非常突出了，增压器的转速由曲轴的转速来决定，那么就一定是“低转速增压效果差、高转速增压效果才能好”——内燃式发动机的转速指的正是曲轴每分钟的运转次数。量产车发动机的最高转速不过是六七千转，正常代步驾驶的转速只是两三千转。

那么即便机械增压器的转速是经过放大的，真实转速的极限也会很低；而增压器的转速直接决定增压压力的高低，增压的概念其实是压缩空气，压力高则能把更多的空气压缩到小小的燃烧室里，空气中的氧分子数量就会增多，概念如下。

燃油燃烧做功的基础是氧气，没有氧气就不能燃烧而产生热能了；由于内燃机做功的时间非常短，燃油是无法充分燃烧的，即便是热车后也不例外。那么想要提高动力无非就是去提高燃油燃烧的充分性，或者理解为燃油燃烧的速度的快慢，提高的方式就是提升参与反应的空气的氧含量。

所以增压压力越高、增压器转速越高，压缩空气中的氧含量也就会越高，反应到参数上就是扭矩会更大；所以这台3.0T的最大扭矩多出了50N·m，但最大的差异是该发动机在1500转的时候就能达到500N·m，而3.0S 1500rpm的扭矩要小很多，只有把转速拉升到4500转才能达到450N·m，中低转速区间的动力是明显弱的。为什么涡轮增压发动机的最大扭矩可以在那么宽的转速区间内维持峰值不变的输出呢？

这是涡轮增压系统的原理，其增压器不通过曲轴带动运转，而是用发动机正常运行时产生的高压排气来驱动；低转速起步的时候，发动机每分钟排除的废气也有几百升，转速数值的一半就是四冲程发动机每分钟点火做功的次数，也是排气的次数。大量的废气从狭窄的进气歧管里排出，必然会在歧管内产生高压的气流，那么结果就是“低转速、高压排气、涡轮高转运行”了；其压力会高到需要“泄压”，增压器的旁通阀就是在转速过高、压力过大的时候，把一部分尾气从涡轮之前直接排出，这样就能控制涡轮的转速和增压压力了。

优秀的涡轮增压发动机是没有迟滞的，起步时稍微加点油门就能达到上千转，此时的排气压力就足够驱动涡轮增压器运转，比如这台3.0T就能从1000转左右开始通过排气驱动涡轮转动，在1000~1500转区间为增压压力的快速上升——起步就有增压，到了发动机1500转，增压压力就会通过旁通阀来控制而不再改变，扭矩也就达到了500N·m。

• 涡轮增压通过控制尾气增压，极速达到极限
• 机械增压通过曲轴转速增压，高转速等于高压力且损耗曲轴动力

这就是两者的差异。

很显然机械增压器是远不如涡轮增压器的，这就是涡轮增压技术会成为主流而机械增压几乎被淘汰的原因；而之所以有些汽车爱好者还在吹嘘这种技术，原因主要是动力较差的自然吸气发动机只能假装机械增压器，涡轮增压器是无法去改装的。

最理想的方案是车辆用电机驱动，涡轮增压发动机可以辅助驱动或者只用来发电，也就是插电混动或增程电动；原因为电机起步第一转即可爆发最大扭矩，内燃机需要通过大量喷油进气燃烧出足够多的热能来升高转速和提升排气压力，但只有转速足够高才能够增大进气喷油量，结果是起步阶段不论用什么增压技术都会有扭矩上升的迟滞；可是电机的能量来自动力电池组输入到电机的电流，电控单元起步起步即可让动力电池组以最大的电流输入到电机，那么起步瞬间就能够爆发最大扭矩了。

这个特点叫作“恒扭矩”，只有在高转速区间才会有些下滑，但电机的高转速往往都是一万多转的概念；所以在正常驾驶的时候就是扭矩可以不变，单纯依靠转速的升降来调整车速（不需要变速器），电机的爆发力则远胜内燃机，这就是高性能车为了都在放弃内燃机的原因。

编辑：天和Auto-汽车科学岛

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涡轮增压、机械增压都有什么优缺点？为何现在机械增压很难见到了？

说起增压多数人只知道涡轮增压，即便是涡轮增压也是对汽车稍微有过了解的，虽然说谈不上深入，如果说到机械增压，估计很多人就一脸惘然了，这也反映了一个现象，现在汽车在提升发动机动力的方案上很少会用到机械增压，就连喜欢搞大排量机增发动机，强调低扭响应的美系品牌，也几乎把它忘得干干净净。现在能见到的也仅仅是大众下面的EA837系列和捷豹F-type跑车。

我们先简单了解一下什么是机械增压？

机械增压的原理

与涡轮增压不同的是，机械增压的“压气机”需要由发动机通过传动皮带带动，而涡轮增压的动力来源是发动机排出的高能高温废气。这个“压气机”由两个相互咬合的齿轮和相连转子组成，通过转子的对向转动就可以对通过节气门进来的空气进行压缩，之后压缩过的空气通过中冷的冷却作用参与燃烧。

它的作用原理其实很涡轮增压是一个道理，都是对参与燃烧的空气压缩，提高其中的氧含量，这样发动机会喷更多的油，动力也就会更强了。

优点在哪里？

由于机械增压器的动力直接来源于发动机，只要发动机运转，机械增压就会工作，这就让涡轮增压让人一直诟病的涡轮迟滞减小了很多。机械增压发动机的动力输出相比涡轮增压也要线性很多，说得明白一点就是踩多少有多少，不会有涡轮增压那种轻踩没有，重踩动力很突兀的感觉，在调教好的情况下，机械增压甚至可以给你类似大排量自然吸气的动力体验。

因为机械增压器特有的低转高扭特性，所以很多车企会选择通过这种方式增加动力，但是随着涡轮增压器的日渐成熟和机械增压的弊端一直得不到解决，所以渐渐的，机械增压就推出了历史的舞台。

机械增压器的缺点在哪里？

1. 因为驱动力来自于发动机本身，所以不可避免的需要消耗掉一部分发动机本身的动力，这也是最大的不足之处，在发动机高负荷运转时不仅对增压没有帮助，还会对发动机转速的提高造成较大的损失，损耗掉较多的动力输出，这让机械增压成为拖油瓶这样的一个角色。

2. 另一个就是制造成本的问题，机械增压器的叶片设计和整体强度标准都要高于涡轮增压器，而且很多其他的部件都是铸造一体成型，成本也一直很难降下来。最后机械增压器的尺寸相对来说也比较大，重量也不是很轻，这样在“寸土寸金”的发动机舱里布置起来就很困难。

机械增压可以提供接近自然吸气的动力体验，这也是让很多人津津乐道的地方，也是不少车企看重的地方，但是随着对涡轮增压器的不断改进，相信有一天，涡轮增压器可以真正地取代机械增压器。

涡轮增压、机械增压都有什么优缺点？为何现在机械增压很难见到了？

涡轮增压、机械增压，都是比较常见的两种增压方式；两种增压方式各有千秋，都有自己的优点、也存在各自的缺点，总的来说涡轮增压优势更多、劣势少，所以它逐渐的取代了机械增压，而如今的机械增压车已经越发少见，实际上机械增压已经可以算做是淘汰了，而朋友们对它的喜爱更多是情怀、感觉，真正开过机械增压车的朋友很少！

给内燃机增压、是一种很古老的内燃机辅助方式，实际上早在上个世纪初、就已经开始用于航空发动机领域，如今的航空用内燃机几乎都是增压式的（可以在高空、稀薄环境下，维持足够的输出功率，海拔每升千米、功率输出降低10%最后）；那么为什么要给内燃机做增压呢？实际上给内燃机增压，主要的目的其实只有两点，其一降低转速、从而降低内燃机的摩擦功损耗，其二减少泵气损失；当然增压还可以有效降低散热损失（后文会提到）！

增压降低摩擦功损耗

这就是增压的好处，无论机械增压、涡轮增压都具备增压器的辅助进去能力，要知道常规的自然吸气发动机，进气是通过活塞下行、产生的负压来吸气的，想烧更多的油、就必须吸入更多的气，结果自吸发动机就必须拉高转速来吸气；后来发现单纯拉高转速也不够用，又产生了可变气门正时（延后关闭进气门）、以及可变气门升程（增大气门开口面积），用这种方式来满足高转速下的进气量！不过即便是这样高转速自吸机器、在高转速下运行时的燃油经济性、排放依然不好，高转速下、四个循环轮替太快，即便有升程的帮助也很勉强；而产生了增压之后，无论是机械增压器、涡轮增压器，都起到了一个辅助送气的作用，这样一来发动机无需更高的转速、就能获得足够的空气！而这样、发动机就实现了低转速化，因为有足够的空气、所以燃烧得到了保证，有益于排放（自吸高转时排放是很不理想的）；而转速更低了、活塞上下运行时，所造成的摩擦功损耗也降低了，所以燃油经济性更加理想（相同功率比较油耗，拿2.0T比较2.0L那是抬杠）！

减少泵气损失

增压可以降低内燃机的泵气损失，什么叫泵气损失，实际上就是曲轴箱内部、对活塞下行吸气的一种抵抗，这种抵抗、使得活塞下行时不得不克服更大的阻力，从而造成了能量的一种损失、也就是泵气损失；节气门开度越小的时候、活塞下行吸气越费力，所以泵气损失严重是自吸的一个短板；而增压的出现，内燃机由被动的吸气、转换为主动灌气（如同给人上呼吸机一样），这样增压器送入的空气、就能提高燃烧室压力，使得活塞下行时、更容易克服曲轴箱内部形成的抵抗、从而减少了泵气的损失；增压的核心就在于此！

机械增压的弊端

先说机械增压的优势吧，机械增压从发动机曲轴处取力，简单点说就是发动机运转、所产生的一部分功率，被机械增压器拿走；好处在于发动机曲轴转、机械增压器也同步旋转，所以机械增压的最优秀之处在于起步就增压、不存在任何的迟滞（理论、感官上皆不存在），其次在于终身免保养、润滑油被密封在机械增压器内部，运行稳定、不容易出现问题（机械增压器几乎避开了高温），除了这为数不多的优势，机械对比涡轮增压、几乎都是劣势，所以机械增压逐渐凋零了！

机械增压的劣势太多，比如潜力太小、成本太高、占用空间太大等等；机械增压的潜力是很小的的，它毕竟是从发动机曲轴处取力，取得少时、可以获益，取得多了、就造成了发动机的自我损耗，所以不能让它取太多、所以机械增压器的功率不可能太大；正因为如此、机械增压的开口压力最极限不过1.8Bar左右，增压器转速不过两万转左右！而随便一个涡轮增压器转速都在20万转左右，而开口压力极限更是能达到3.5Bar左右、甚至达到更极限的4.0Bar的水平，所以这就是机械增压的潜力不足的问题！

多小的排量，比如1.0L机器、挂上一颗涡轮就会有收益，因为涡轮是靠废气来做功的，驱动涡轮运转的能量类似于白来的一样（当然这是相对的角度），所以无论排量多低、配上一颗小涡轮都有好处；可机械增压就完全做不到这一点；1.0L配机械增压，机械增压器不断消耗发动机动力，而1.0L动力本来就差、大量被机械增压器所消耗，那还谈什么收益？那完全是负增长了，对吧？所以我们常见的机械增压一般在3.0L以上！当然小排量机械增压也有，比如大众等一些欧系车企推出过的2.0L双增压发动机，机械增压在起步、头段发挥作用，之后转速上来、排气量足够后，就变成涡轮增压起作用了，所以小排量双增压、完全在用涡轮增压弥补机械增压的劣势，而单独的小排量机械增压机器也存在、但太少，对性能的提升非常之差；所以机械增压并不适合小排量！

机械增压对空间要求很大

机械增压器体积较大、布局起来费劲；如上图所示、这就是个机械增压发动机剖面图，从图上我们可以清楚的看出机械增压器、是嵌在这v型发动机的v型夹角内的，这个夹角似乎就是为了机械增压器所准备的？实际上机械增压器与v型机的v型夹角是绝配；而如今的主流乘用车，v6机器越发少见（咱们国内市场），而直列四彻底普及，直列机器、配个小车身，塞入个涡轮增压器容易、塞入机械增压器是很困难的，比如给卡罗拉塞入个涡轮容易、塞入机械增压器不是不行，改造成本太大、况且还得有定制的机械增压器，而换来的除了高成本、就只有极差的潜力了（1.2T在性能上远超1.2L机械增压）！

机械增压器成本太高

机械增压器不同于涡轮增压器，机械增压器是需要专门设计的，简单点说就是针对某些主机厂的需求专门去设计，有些专款（款式）、专用的味道，比如给说奥迪的v6设计的机械增压器、其它品牌就用不了；不像涡轮增压器那么容易替代，原厂的不用了、可以买那些升级套件，机械增压没有这么繁荣多彩；所以专用就导致了定制化、市场小、产量低的弊端，而这三种因素将直接导致成本上的提高，况且机械增压器附件太多！如上图所示、这实际上就是一个机械增压器的分解图，可以从图上看出它有多复杂，所需要的附件甚多；任何一款机械增压器，都需要结合实际车型，开发专用的离合器、以及隔音系统，这些都导致机械增压器的成本非常难以控制、市场也越来越小，而市场的不断缩小、又导致成本再次提高，就这样也就形成了恶性循环；涡轮增压器一个型号、款式，可能适合很多款车型、品牌；而某款车的机械增压器、只适合这款车，其它汽车品牌、都用不了；所以现如今机械增压，很少有车子会用了！

过去机械增压车其实也不多，更多是一些豪华大品牌车再用；毕竟那个时代的涡轮增压器不成熟，大惯量、功率提升大、低转速扭矩表现差、迟滞明显，所以这种早期的涡轮特性并不适合那些豪华车，所以那些豪华、大排量车为了平顺，本身又是大排量、大马力（无需机械增压提高太多），所以往往会不计成本的选择机械增压；可以视作为涡轮技术不成熟的一种风向标，而现如今的环境变了、机械增压的存在意义都小了甚至已经消失，简单点说环境变了、足以改变一切！

现如今的涡轮增压技术成熟，小惯量、低转速扭矩提升大、不过分追求极限功率，所以在迟滞方面有了很大的提高（理论存在、但很难感觉得到），而车辆又大多是小排量、直列发动机，所以并不适合机械增压；就像上文鄙人举的那个例子所描述的那样，1.2T涡轮增压性能要比1.2L机械增压好得多、造价还便宜，那么为什么不用1.2T涡轮增压呢？性能强、成本又低、燃油经济性更合理，难道还非得为了情怀去选择机械增压；实际上夸机械增压的朋友太多、太对，他们之中99%的朋友并没有开过机械增压，所以他们为什么会认为机械增压更好呢？总而言之，机械增压有它的优点、但它的缺点更多，更不适合当今主流的汽车环境、生态，所以逐渐的就少见了！

涡轮增压、机械增压都有什么优缺点？为何现在机械增压很难见到了？

我们先了解机械增压的特点，它与涡轮增压有所不同，虽然都有用增压器，但机械增压的动力来源是发动机的曲轴，而不是废气，由于这样的结构特点，让它能够很大程度上保持自己发动机的动力特性，没有迟滞，更加线性，驾驶更有自然吸气发动机的特性。

至于机械增压的缺点，第一个就是峰值扭矩对应的转速区间非常狭窄，第二个由于增压器消耗了一部分发动机的动力，所以它的峰值功率有所减少，简单拿奥迪A6L举个例子，老款的奥迪A6L搭载过机械增压发动机，最大功率达333马力，峰值扭矩440牛·米，对应的转速区间为2900-5300rpm；而最新的奥迪A6L搭载涡轮发动机，最多功率为340马力，峰值扭矩500牛米，对应的转速区间为1370-4500rpm，无论是功率还是对应的转速区间，涡轮增压都要更胜一筹，日常驾驶体验更好，动力响应更快。

正因为有这样的缺点，让它更适合大排量的汽油机或者柴油机，一般机械增压都是用来改装的，我们也经常性听到谁的锐志增加机械增压，其次机械增压一般用于V6、V8大排量的汽油机。所以在当今国内小排量增压机盛行的市场环境下，机械增压确实有点水土不服。