涡轮增压与机械增压

1、涡轮增压与机械增压TSI 是大众集团开发的一套双增压技术，其实从字面上就能理解 其意思。前面的 T 和 S 分别代表 Turbo 和 Supercharger 的意思，也 就是涡轮增压和机械增压的相结合。而国内媒体习惯叫它双增压。这 个双增压跟大众奥迪集团的双涡轮增压有很大的区别 ，可以说是完全 两个概念。那么为什么要同时采用机械增压和涡轮增压来向发动机提 供高压进气呢？既然大众已经将这套技术向量产车推广 ，那么在性能 上肯定有它的过人之处。图为大众高尔夫 GT 上装配的 1.4L TSI 发动机要了解双增压的优越性首先得了解涡轮增压和机械增压的优 缺点。其实任何一种增压它的目的都是相同的，就

2、是要把空气压缩以 后再通入到气缸当中燃烧，这样做的好处很明显，压缩以后的空气密 度更大，这就意味着单位体积内的氧气分子更多。在发动机排量不变 的情况下，吸入的氧气分子越多，再配合燃油喷射系统提供的更多的 汽油那么可以输出更高的动力 。不管是涡轮增压还是机械增压都是为 了达到这一目的而设计的，只不过两者的实现手段不相同。涡轮增压 发动机由一个进气涡轮来压缩空气 ，进气涡轮的另一头连着一个废气 涡轮。相关图片 :*尊*5岀啦气我们知道发动机的排气是高温高压的，这就意味着排气中仍然含 有巨大的能量。将废气涡轮装在排气管之中则能利用排气能量来驱动 涡轮高速旋转，从而能够带动进气涡轮随之高速旋转，以获得

3、压缩进 气的能量。所以涡轮增压器是不需要额外的消耗发动机能量的。而且 发动机转速越高废气排放速度和能量也越大，使得涡轮的转速也越 高，这样进气涡轮压缩空气的能力也越强。对于涡轮增压的发动机来说，转速越高，进气效率也越高，能够 发挥出来的功率就越大。所以涡轮增压器对于发动机的高速运转是非 常有好处的。但是我们知道，涡轮也是有质量的，有质量的物体就会 存在惯性。我们知道发动机在怠速工况时转速往往只有几百转，而且 在怠速工况时涡轮是不能介入工作的。除了因为发动机转速低，排气 能量不足以驱动涡轮高速运转，还有一个更重要的原因就是怠速时发 动机负荷低，如果此时涡轮也参与工作那么发动机会过热，并且耗费 更

4、多不必要消耗的汽油。所以怠速工况时，进气和排气旁通阀会自动 打开，此时进气和排气都没有经过涡轮，新鲜空气是直接被吸入气 缸，废气也是直接排入大气中的。 相关图片 :由于增压发动机的压缩比都比较低（通常在 8.0 以下，压 缩比低是因为空气被增压器压缩后会放热 ，如果压缩比过高会导致压 缩行程时混合气继续放热，引起混合气自然） ，所以在涡轮介入之前 发动机的动力性是非常差的 。即便是低值增压 ，起码也要到将近 1800 转时涡轮才会起到作用（帕萨特 1.8T 的涡轮介入转速为 1800 转 /分 -2000 转/分）。虽然 2000 转以后发动机能发挥出强大的功率，而且 后劲十足，但起步时可以说

5、毫无动力性可言 ，即使保时捷卡宴 TURBO 这样的 V8 涡轮增压发动机，起步同样拼不过自然吸气。这就是涡轮 增压发动机的通病涡轮迟滞。这种状况是非常不适合城市驾驶的。因 为我们知道城市开车经常要走走停停，所以从怠速到 2000 转这个转 速范围段是使用得很频繁的，涡轮增压低扭差劲的缺点暴露无疑。当 然，大众奥迪集团曾经试图改进过涡轮迟滞问题。相关图片 :奥迪TT的1.8T发动机曾经配备过双涡轮增压。所谓双涡 轮增加就是给发动机装两个增压器。一个是小直径的涡轮，由于体积 小重量轻，所以接入转速较低；另一个是大直径的涡轮，在中高转速 才介入。即便如此，也不能从根本上解决涡轮迟滞，仅仅只能缓解涡

6、 轮迟滞。仁者见仁智者见智，奔驰对于它的小型增压发动机并没有像 大众奥迪那样采用涡轮增压，而是采用了一种没有迟滞的机械增压装 置。图为大众高尔夫GT发动机的涡轮增压器所谓机械增压，就是利用发动机的动力带动一个罗兹压气机， 通过发动机本身的动力来压缩空气，并且燃烧压缩空气的一种增压方 式。它跟空调压缩机很相似。图为福特GT40的机械增压器外观相关图片：机械增压器的原理与发动机机油泵有些类似，也是与发动机动力相连，只不过压缩的是空气。它与涡轮增压器在性能上最大的区 别就是对压气机的转速没有限制。也就是说只要罗兹压气机在转，就 可以压缩空气。而涡轮增压器由于是靠高速旋转产生的空气离心力来 压缩空气，

7、所以需要非常高的转速（通常 TURBO的转速能接近10 万转/分钟）。所以即便发动机怠速或者处于1000转左右的低转速， 也能连接机械增压器压缩进气。图为TSI发动机的机械增压器和发电机总成相关图片：从动转子叭當為合as发动机输旳轮（与曲轴411连）不过处于经济型考虑，怠速工况时电磁离合器是断开的，也就是说怠速时压缩比并没有与发动机动力相连，不过只要踩下油门电磁离合器可以迅速连接发动机动力。所以机械增压能够给汽车带来很 好的低转扭矩，让起步时冲进十足。虽然克服了涡轮增压器迟滞的缺 陷，单机械增压也并非完美。由于它需要消耗发动力动力，而且增压 器中的两个转子相互摩擦会损耗大量的能量。在低转速时，

8、由于转速 低损耗也就小，但如果处于高转速工况，那么这样能量损耗是非常大 的。不仅经济性差，高转动力性也要受到影响。图为大众TSI发动机上使用的机械增压器就衲苗轮WV皮带枪所以涡轮增压和机械增压都有着各自的先天缺陷，而这两种增 压方式的优缺点又是相互互补的。大众就是利用了这两种增压性能优 缺点的互补性开发出了 TSI双增压系统。那么现在再看TSI就很好理 解了。他是涡轮增压与机械增压的相结合。也就是说，TSI发动机拥 有两套增压系统，一套靠涡轮压缩进气，另一套靠罗兹压气机压缩进 气。当然，它们什么时候起作用是由电脑说了算的。电脑即能够控制 进排气旁通阀的开闭，也能控制机械增压器与发动机相连接的电

9、磁离 合器的开闭。图为大众TSI双增压系统相关图片：如图，机械增压器和涡轮增压器在进气道中是被串联在一起的。空气从空气过滤器进入到进气管以后，首先要经过机械增压器，然后通过进气管的引导再经过涡轮增压器，最后进入到进气歧管当中去。虽然机械增压器和涡轮增压器是相互串联在一起的，但两者并不都是 同时工作。图为大众1.4升TSI发动机进气增压结构中拎斤的避軒当发动机处于怠速工况时（通过节气阀开度传感器可以测得） ，机械 增压器的电磁离合器是分离的 ，此时发动机与机械增压器之间动力是 断开的（这就意味着增压器没有消耗发动机功率） ，而且机械增压器 附近的进气旁通阀打开，空气并没有流经机械增压器，而是从旁

10、通阀 直接吸入；到了涡轮增压器的位置，涡轮增压的进气旁通阀也是打开 的，这就相当于进气绕过了涡轮，直接被吸入气缸。也就是说在怠速 工况时，涡轮增压器和机械增压器都是不工作的，这相当于一台自然 吸气发动机。当发动机在部分负荷工况下低转速运转时（通过节气阀传感器检 测到又少许油门开度 ，而且通过发动机转速传感器检测到转速处于低 速运转），电脑会接通机械增压器的电磁离分离，并且关闭机械增压 旁通阀，让机械增压器开始工作，此时的增压值为1.2bar. 我们知道机械增压器有增强低速扭矩的特点 ，而且在低转速时对发动机功率的 消耗并不大。所以既能够获得良好的油门相应，又能够增大发动机扭 矩输出。当发动机超

11、过 1500 转时，涡轮开始介入，此时的增压值提 高到 2.5bar 。当发动机转速达到 3500 转/ '分以上的高转速时，机械 增压器开始停止增压，此时完全依靠涡轮增压来进行增压，增压值从 2.5bar 降到 1.3bar 。因为我们知道一旦转速上升，机械增压器会消 耗大量发动机能量，而中高转速是涡轮增压的强项，这样不仅避免了 涡轮迟滞，让涡轮有足够的加速时间，还在很大程度上增加了低转扭 矩，降低高转速时机械增压器产生的噪音。这样彻底解决了两种增压 方式的缺陷，达到了一种完美增压的效果。目前大众已经在旗下的高尔夫 G 和新途安上配备了改发动机，排 量虽然只有 1.4L 但是在双增压

12、的作用下能释放出 200 匹的动力，这 样的动力用在高尔夫 V 这么大的 A 级车上动力性是非常惊人的。这 也使得高尔夫 GT 成为了十足的小钢炮。由于双增压能极大的提高发 动机的工作效率，所以一台 4 气缸尽 1.4L 排量的发动机能释放出 6 缸 3.0L 发动机的动力，但体积却比 6 缸发动机要小得多。分析 TSI 术语揭露厂商宣传的狡猾迈腾1.8TFSI、明锐1.8TFSI、速腾1.4TSI,这些词汇最近大量出现在 我们眼前。其中曝光最多的 TFSI 和 TSI 混乱的出现在各种媒体上 , 迈腾/明锐的称号多的看花了眼：迈腾1.8TFSI、迈腾1.8TSI、明锐1. 8T FSI、明锐

13、1.8TSI到底TSI这三个小小的字母是什么含义？TF SI 和 TSI 之间有多大差别 ?请您继续往下看 ： 到底什么是 TSI 发动机？机械+涡轮+分层直喷 =TSI大众 1.4TSI 发动机拆解图TSI 是 Twincharger（ 涡轮增压和机械增压 ）和 Fuel Stratified Injection（ 燃油分层直喷 ）三个关键特色的首字母缩写。这是一款双增 压的燃油分层直喷发动机。TSI 发动机是在 FSI 技术的基础之上 ,安装了一个涡轮增压器和一个机械增压器 ,提升动力输出 ,降低油耗。大众 1.4 升 TSI 发动机是全球第一台拥有两个增压装置的汽油直喷发动机。大众 1.

14、4TSI 发动机工作原理图TSI 持续的动力输出范围更广 ,同时油耗上与同排量甚至更大排量发 动机相差不多。最大功率 :168 匹马力/6000 转最大扭矩 :240 牛米/1750-4500 转1.4 升 TSI 发动机的功效可以与一台普通 2.3 升发动机相比美 ,但是燃 油消耗能够降低近 20%。因为机械增压可以从怠速开始就能为发动机提供增压效果,弥补了涡轮增压系统的延时缺点 ,所以 TSI 是一种极高效率的发动机形式 ,会是 动力性与燃油燃油经济性的完美统一。 解析一汽 -大众要去掉 1.4TSI 的机械增压主要出于使用成本考 虑上面这段 TSI 介绍让大家眼前一亮 ,这么好的发动机形

15、式 ,为什么一汽-大众要缩水掉机械增压呢 ?原因很简单 :那就是后期使用成本。看过上面的 TSI 介绍 ,也许您会认为 TSI 是完美的发动机了 ,实际不是 这样的。TSI发动机中的机械增压系统，由于和发动机输出是硬性连接 （注解 1）的 ,也就说只要车启动 ,机械增压就在向发动机进行压气工作 , 转速越高机械增压的工作强度越高 ,一分钟也得不到休息。一分钟得不到休息的概念是什么呢 ?也就是机械增压系统要比涡轮增 压更早的达到寿命极限 （涡轮增压系统寿命解析见注解 2）,在涡轮增压 系统还在壮年期的 4 万公里时候 ,机械增压系统也许就已经进入了暮 年,检查和更换成了必须的工作。一个机械增压套件少说也得 1.5万元,5 万公里就更换一次的频率对于 国人来说显然是完全不能接受的 ,外加 10万多公里时候又需要换更贵 的涡轮增压 （4S 店报价涡轮本体 +工时费 1.8 万）,如果一汽 -大众量产 了 1.4TSI 发动机的话 ,估计也只有极为疯狂的玩家才会青睐这个昂贵 的玩具