當(dāng)傳統(tǒng)的自然吸氣式發(fā)動機已經(jīng)無法再滿足我們追求極致的駕駛推背感和對于車輛動力性能的更高要求時，“發(fā)動機增壓”這樣一個具有革命性和突破性的技術(shù)打破了傳統(tǒng)發(fā)動機在動力性能提升方面的技術(shù)壁壘，使采用增壓技術(shù)的發(fā)動機比相同排量的自然吸氣式發(fā)動機具有更加優(yōu)異的動力性能。
不過，在中國有句俗話，叫“好事成雙”，相比采用單增壓系統(tǒng)的發(fā)動機，雙增壓系統(tǒng)發(fā)動機似乎更能表達中國人對于“好事成雙”這句話的理解。目前，包括寶馬和大眾在內(nèi)的多家汽車廠商都已經(jīng)在各自旗下的車型上裝備了雙增壓系統(tǒng)發(fā)動機。下面，我們就針對雙增壓系統(tǒng)發(fā)動機的技術(shù)特點以及優(yōu)勢，以上述2個汽車廠商的雙增壓系統(tǒng)發(fā)動機作為具體實例進行介紹。
發(fā)動機增壓的種類
眾所周知，發(fā)動機的工作原理就是把汽油和空氣的混合氣吸入氣缸，然后由火花塞點燃，燃燒膨脹的氣體推動活塞做功，從而實現(xiàn)發(fā)動機運轉(zhuǎn)。但是由于油氣混合氣的量會受到吸入氣缸內(nèi)空氣量的影響，發(fā)動機的最大輸出功率也會因此受到一定程度的限制。如果發(fā)動機的運行已經(jīng)處于最佳狀態(tài)，想要再增大輸出功率就只能依靠發(fā)動機增壓技術(shù)通過壓縮更多的空氣進入氣缸來增加油氣混合氣的量，從而達到提高車輛動力性能的目的。在介紹雙增壓系統(tǒng)之前，我們先來了解一下發(fā)動機的幾種不同的增壓類型，其中比較常見的有機械增壓和渦輪增壓，氣波增壓由于機構(gòu)體積龐大，適用范圍較窄，在這里就不做詳細闡述了。
機械增壓系統(tǒng)
機械增壓器（Supercharger）是由發(fā)動機曲軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動的一種增壓裝置。發(fā)動機在運行時，氣缸內(nèi)的油氣混合氣燃燒推動活塞做功進而帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，與此同時，曲軸驅(qū)動機械增壓器的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，能夠達到增大進氣壓力和加快空氣流動速度的目的，使更多的空氣進入發(fā)動機進氣歧管。由于進氣量的增加，可相應(yīng)地增加供油量，從而可以增加發(fā)動機功率。機械增壓能有效地提高發(fā)動機功率，尤其是低速增壓效果更好。另外，機械增壓器與發(fā)動機容易匹配，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但是，由于驅(qū)動機械增壓器需要消耗發(fā)動機功率，因此燃油消耗率比非增壓發(fā)動機略高。
渦輪增壓系統(tǒng)
渦輪增壓也稱廢氣渦輪增壓，是目前最常見、應(yīng)用最普遍的發(fā)動機增壓系統(tǒng)。渦輪增壓器（Turbocharger）實際上是一種空氣壓縮機，由渦輪機和壓氣機組成，渦輪機和壓氣機又分別與發(fā)動機排氣系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)相連。發(fā)動機在運行時，氣缸排出的廢氣進入渦輪機，由廢氣能量推動渦輪機葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動與其同軸安裝的壓氣機葉輪共同工作，使更多的新鮮空氣在壓氣機內(nèi)增壓后進入氣缸，增加的空氣量使氣缸內(nèi)油氣混合氣的量也隨之增多，從而增大發(fā)動機的輸出功率。渦輪增壓的優(yōu)點是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時增壓效果顯著，燃油經(jīng)濟性也比機械增壓和非增壓發(fā)動機要好，并且可大幅度地降低有害氣體的排放和發(fā)動機的噪聲水平。其缺點是由于葉輪本身的慣性作用導(dǎo)致渦輪增壓器在發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低、廢氣能量不足時無法有效工作，致使渦輪增壓器的響應(yīng)時間滯后，也就是我們通常所說的“渦輪遲滯”現(xiàn)象，這也直接導(dǎo)致車輛在低速行駛時發(fā)動機功率增加不明顯。而且在發(fā)動機工況連續(xù)發(fā)生變化時，渦輪增壓器瞬時響應(yīng)速度較慢，致使汽車的加速性，尤其是低速加速性能較差。
雙渦輪增壓系統(tǒng)
雙渦輪增壓系統(tǒng)，顧名思義，就是采用2個相互獨立的渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)。區(qū)別于常見的單渦輪增壓發(fā)動機，雙渦輪增壓發(fā)動機在2個渦輪增壓器的共同作用下，進氣效率大幅提升，增壓效果更加顯著。由于使用了2個渦輪增壓器，雙渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，因此多用于直列6缸和V型發(fā)動機上，而單渦輪增壓系統(tǒng)則多用于直列4缸發(fā)動機上。
由于雙渦輪增壓發(fā)動機在車輛動力性能提升和發(fā)動機動態(tài)響應(yīng)速度方面所表現(xiàn)出來的突出優(yōu)勢，目前，包括寶馬在內(nèi)的多家汽車廠商都已經(jīng)在各自旗下的車型上采用了雙渦輪增壓的增壓型式。以寶馬在X6xDrive50i全能轎跑車型上裝備的4.4LV8雙渦輪增壓汽油直噴發(fā)動機為例，這款發(fā)動機的雙渦輪增壓系統(tǒng)由2個大小完全一樣且呈并聯(lián)方式排列的渦輪增壓器組成。按照氣缸工作順序把1、3、5、7缸分為一組，2、4、6、8缸作為另一組。發(fā)動機在運行時，每組4個氣缸的排氣共同驅(qū)動一個渦輪增壓器，2個渦輪增壓器同時工作，在一定程度上緩解了“渦輪遲滯”現(xiàn)象對車輛低速行駛時發(fā)動機功率快速增加所造成的不良影響。但是，雙渦輪增壓發(fā)動機并不能完全消除“渦輪遲滯”現(xiàn)象，畢竟，渦輪增壓器葉輪的慣性作用依然存在。只不過，我們僅是從雙渦輪增壓技術(shù)的角度出發(fā)來進行分析，在實際使用中，雙渦輪增壓發(fā)動機通常都裝備在直列6缸或V型等排量較大的發(fā)動機上，由于發(fā)動機本身的動力性能已經(jīng)相當(dāng)優(yōu)異，駕駛者在駕車時也不會因為“渦輪遲滯”察覺到車輛在加速過程中的動力滯后。
渦輪增壓+機械增壓
渦輪增壓加機械增壓，結(jié)果等于什么呢？答案當(dāng)然還是雙增壓系統(tǒng)。由于渦輪增壓系統(tǒng)和機械增壓系統(tǒng)分別擁有各自的優(yōu)勢和劣勢，因此，由1個渦輪增壓器和1個機械增壓器共同組成的雙增壓系統(tǒng)發(fā)動機同時具備了渦輪增壓系統(tǒng)和機械增壓系統(tǒng)的雙重技術(shù)優(yōu)勢，并且使整合在一起的這兩種不同型式的增壓系統(tǒng)實現(xiàn)了優(yōu)勢互補。大眾公司作為率先將采用渦輪增壓和機械增壓兩種不同增壓型式的雙增壓系統(tǒng)發(fā)動機應(yīng)用在量產(chǎn)車型上的汽車廠商，在雙增壓系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用方面已經(jīng)相當(dāng)成熟。
大眾公司在第6代高爾夫車型上裝備的1.4LTSI雙增壓系統(tǒng)汽油直噴發(fā)動機就采用了渦輪增壓與機械增壓相結(jié)合的雙增壓技術(shù)。發(fā)動機在較低轉(zhuǎn)速下運行時，由機械增壓器提供絕大部分的增壓壓力，發(fā)動機輸出功率的增加主要來自于機械增壓系統(tǒng)，此時渦輪增壓器由于“渦輪遲滯”增壓效果并不明顯。待發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升到1500r/min時，渦輪增壓器的增壓效果開始增強，并與機械增壓器共同為發(fā)動機功率的增加提供所需的增壓壓力。隨著轉(zhuǎn)速的不斷提高，渦輪增壓器的增壓效果也在不斷增強，與此同時，機械增壓器的增壓效果開始逐漸減弱。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過3500r/min時，由渦輪增壓器提供全部的增壓壓力，發(fā)動機輸出功率的增加全部來自于渦輪增壓系統(tǒng)，此時機械增壓器已經(jīng)停止工作，以防止消耗發(fā)動機功率。應(yīng)該說，雙增壓系統(tǒng)發(fā)動機很好地解決了機械增壓系統(tǒng)燃油經(jīng)濟性較差和渦輪增壓系統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速時容易產(chǎn)生“渦輪遲滯”現(xiàn)象的問題，但是，由于雙增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易與發(fā)動機匹配，對于發(fā)動機零部件的制造要求也較高，因此，目前只在個別車型上實現(xiàn)了應(yīng)用。
