涡轮增压还是机械增压，怎么选才不头疼？

如果你想让你的车拥有更多的动力，有多种方法可以尝试。

比较严谨的解决方案是增加动力增强器，例如机械增压、涡轮增压或氮氧化物（NOS）喷射系统，这些动力增强装置可以为车辆增加30%甚至到300%的动力。

本文将目光关注于强制进气的动力增强器，即涡轮增压和机械增压。了解强制进气的原理和不同的强制进气技术之间的区别有助于确定哪种强制进气解决方案最适合改装你的车。

Author / 酷乐汽车

Via / Dsport

内燃机的运作方式很简单，发动机依赖空气和燃料的混合物通过燃烧的过程产生动力来推动车辆。从物理学或热力学的角度来看，这只是一个能量转换的过程。

汽油中储存的化学能通过燃烧过程转化为热量和压力，活塞发动机的特定设计使其能够将这些热量和压力转化为机械能并通过飞轮输出。这个基本理论就引出了一个重要的问题 —— 我怎样才能让我的发动机产生更多的功率？

由于能量既不会被创造也不会被毁灭，只会从一种形式转化为另一种形式，因此答案就在于如何让发动机摄取更多的空气和燃料用于燃烧。

每台发动机都有固定的排量，排量代表发动机所有气缸的总容积，每个气缸的容积由发动机的缸径和行程决定。如果可以对发动机的缸径或行程进行修改，则可以增加发动机的排量。

不幸的是，增加缸径和行程不是一下子的事，这一过程通常非常昂贵且复杂，仅在发动机重建或当目标功率超过发动机原始输出至少两倍时才进行。于是就引出了另一个问题 —— 有哪些即装即用的解决方案可以显著增加功率？

所有设计用于强制增压的机制都有一个共同的目标 ——将更多的空气和燃料强制送入发动机，以便产生更多的马力。

所有类型的机械增压和涡轮增压都有一个压缩部分，用于提高进气压力，从而强制更多的空气和燃料进入发动机。涡轮增压和机械增压之间的主要区别在于压缩机的动力来源。

机械增压使用发动机曲轴上的马力来驱动压缩机，而涡轮增压则利用发动机排气气体中的能量来旋转压缩机。

机械增压分为两种主要设计类型 —— 正容积和离心式，而99.9%的涡轮增压都采用相同的固定几何设计。

用于汽车的涡轮增压几乎都采用相同的固定几何结构涡轮设计，这种设计在涡轮壳体中嵌入一个固定大小的喷嘴，帮助建立排气流到涡轮的流速。

与机械增压类似，涡轮增压也有一个压缩机元件，但是涡轮增压不是通过皮带驱动压缩机，而是通过其第二个元件 —— 涡轮驱动压缩机。

左图所示的压缩机轮旋转，将更多空气强制送入进气歧管。涡轮增压不会削减引擎的动力，因为它们来自排出的废气。右图涡轮和压缩机轮通过一个轴连接在一起。排气驱动涡轮，涡轮又驱动压缩机轮。

那什么是涡轮？

早在蒸汽机出现之前，人们就利用大自然的能源来助力工作。通过将一个桨轮放置在流动的河流中，可以用这个轮子转动与其他系统相连的轴以磨制粮食，涡轮的工作方式与桨轮类似。

实际上可以将涡轮视为一个用于接触热气体的桨轮，涡轮不是利用流动的水，而是利用从发动机排气冲程中流出的热气体来做功。热气体通过涡轮进气管被引导到涡轮室中，加速气流的流动，就像一个喷嘴将气流射向涡轮叶片一样。

这会使涡轮轮轴旋转。

由于涡轮轴承载涡轮和压缩机轮，因此压缩机轮在压缩机一侧以相同的速度旋转。现代涡轮增压系统使用废气门来调节增压压力。废气门读取进气歧管的增压压力，并打开其阀门将废气流量引导到涡轮外，以调节轴和压缩机的速度。

优点

• 可获得大幅度的动力提升

• 与机械增压相比，拥有更好的燃油经济性

• 拥有比机械增压更高的效率

• 相比机械增压尺寸更紧凑

• 能够轻松控制增压值

缺点

• 较大的涡轮增压可能会出现涡轮迟滞现象

• 与机械增压相比，涡轮增压实现马力转速范围有限

涡轮增压器的增压曲线介于正容积机械增压和离心式机械增压之间。涡轮增压的尺寸对涡轮达到峰值增压水平的时间有很大的影响。一旦引擎达到涡轮增压产生峰值的转速时，增压曲线通常表现得像正容积机械增压，将增压保持不变直到转速极限。

唯一的例外是，如果涡轮增压超过了压缩机部分的功率容量，那么在转速极限之前，动力将开始下降。就效率而言，大多数涡轮增压的压缩机效率都优于离心式和正容积机械增压。

其易于与中冷器搭配使用，“中冷增压”提供了最佳的性能和可靠性，大型涡轮增压的功率峰值会在转速范围内较晚出现。

涡轮增压完全改变了发动机的特性和功率输出方式，在该车使用Full-Race套件和博格华纳EFR涡轮增压后，最终输出功率为333.25whp。后来改用E85燃料，使峰值功率增加到550whp以上。

直到大约25年前，所有正容积机械增压都依旧采用了“鲁式”机械增压设计。现在也有许多“螺杆”增压设计被归类为正容积机械增压。增压器的设计和制造过程越现代化，其效率就越好。

有一些“鲁式”机械增压的效率非常低，而有些则非常高。

所有正容积机械增压都具有共同的特点，它们抽出的空气体积是定值，无论增压器的转速如何。例如Eaton M42或Eaton M60分别具有40和62立方英寸的排量，TVS 1320每旋转一次压缩机轴，排量为1320cc。

这种设计的结果是提升性能响应可以立即出现。

对于正容积机械增压，发动机进气歧管中产生的增压压力取决于增压器的容积、绝热效率、发动机的容积效率以及曲轴和增压器之间的皮带轮比（也称为超压/欠压百分比）。

优点

• 任何转速下几乎瞬间提供峰值增压

• 增压压力在全开油门状态下损耗很小

• 相比涡轮增压符合更多排放法规要求

缺点

• 通常比离心增压器提供的峰值功率少

• 增压能力受限于皮带轮的尺寸

• 使用曲轴上的马力来驱动压缩机

如果有人在同样的皮带轮比下将更大容积的增压器升级到同一发动机上，产生的增压压力也会增加。这是因为增压器泵送比发动机更大的空气体积，所以没有进入引擎的空气会被压缩得更紧。

发动机的大小也会影响增压水平。

随着发动机尺寸的增加，增压压力会降低，因为更大的发动机可以吸收增压器排放的更多的空气，在正容积机械增压上，可以通过改变发动机和增压器上的皮带轮大小来调整增压。

在Dsport的86挑战赛中，他们给其中一辆车配备了Edelbrock正容积机械增压。BRZ车型使用完全原装引擎，结果是248.29whp，并且从起步到红线线性增加。对于一个完全组装的FA20引擎来说，使用正容积机械增压可以获得两倍或更多的动力，但是对于这辆车的引擎内部而言，无法承受这样的压力。

除了前面提到的因素外，发动机的容积效率也会影响增压水平。具有改进过的气缸头、凸轮轴和原厂进气口的发动机将比原厂发动机拥有更低的增压水平。这是因为改进后的引擎的容积效率就像更大的引擎一样 —— 而更大的引擎会降低增压水平。

总的来说，在增压响应方面，正容积机械增压是无与伦比的。

而正容积机械增压通常不及离心增压器或涡轮增压器的绝热效率，因此在给定发动机的相同增压水平下，正容积机械增压的空气温度通常高于搭载离心增压器的同款发动机的空气温度。

与正容积机械增压相比，离心式增压器通常提供更平稳的增压曲线，但它们通常更高效，因为需要更少的动力来运行。

离心式增压器使用一个压缩器，由与发动机曲轴相连的皮带驱动。随着发动机转速的增加，压缩涡轮也会旋转得更快，吸入空气并将其压缩后将其送入发动机。

由于离心式增压器中压缩涡轮的工作方式更像涡轮增压器，因此需要更少的发动机功率来运行，从而提高了燃油经济性和降低了排放。然而，离心式增压器在低速段没有正容积机械增压提供的低速动力，后者可以在低转速时提供即时的增压效果。

最初由McCullough（现在为Paxton）推出，离心式增压系统是一种不错的简易增压解决方案。如今，Vortech、Kraftworks和HKS都提供了离心式增压系统。与提供相同空气流量的正容积机械增压相比，这些离心式增压机具有明显不同的增压和性能曲线。

不像正容积机械增压在所有转速下提供相同的空气流量，离心机的空气流量与增压机的转速成正比。这通常表现为直到红线才能达到峰值增压压力值。

优点

• 通常具有比相应正容积机械增压更高峰值功率

• 高绝热效率

• 更容易配置中冷器以实现最佳性能和可靠性

• 整个转速范围内可产生动力

• 线性功率增长有助于更好的轮胎牵引力

• 扭矩的逐渐增加对内部部件压力较小

缺点

• 线性增压曲线不能提供像正容积增压的即时响应功率

• 较低转速下的适度增压会导致响应较慢

• 使用曲轴上的马力驱动压缩机

如果离心增压机使用一组机构组合在4,000RPM时产生四磅的增压，那么在8,000RPM时它将产生八磅的增压（假设发动机的容积效率在两个转速下相同）。但是离心式增压机这种渐进式增压曲线是离心式增压机最大的缺点以及局限。

不过在牵引力受限的车辆上，这并不是问题，事实上这可以解决轮胎打滑的问题。渐进式增压曲线可以转化为牵引力受限的前驱性能车上加强牵引力。离心式增压机具有高绝热效率，并且更易配置可靠的中冷系统。

在Dsport的LA Sleeve BRZ项目车中，使用了一款Vortech V3离心式增压器。选择使用这款增压器是为了保护传动系统并提供线性性能增长，最终输出从原本的176.32whp增加到了307.24whp。他们还在一辆原厂BRZ上使用了一款Vortech离心式增压器，并进行了保守的调校，最终输出为225.63whp。

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