采用渦輪增壓器或機械增壓器來提高發(fā)動機性能可謂歷史悠久。增壓作為一項重要的發(fā)動機技術，從20世紀80年代起開始逐漸成為主流，目前增壓系統(tǒng)已經成為發(fā)動機的重要附屬機件。

雖然自然吸氣發(fā)動機仍在使用，但其應用范圍明顯已在按比例縮減。馬勒動力總成研究總工Mike Bassett提到，日產和豐田通過采用先進的燃燒過程或阿特金森循環(huán)持續(xù)開發(fā)高效的自然吸氣發(fā)動機，而對于插電式混合動力，將繼續(xù)采用自吸發(fā)動機。

1雙增壓

對于所有柴油機和大多數(shù)現(xiàn)代的汽油機而言，渦輪增壓系統(tǒng)已經成為必不可少的一部分，但其所帶來的利弊又是什么？捷豹路虎發(fā)動機項目總工程師Damien Talue相信，機械增壓及渦輪增壓在汽油機上均可發(fā)揮作用。其中，機械增壓發(fā)動機能使眾多客戶充分享受駕駛過程。結合捷豹最新的渦輪增壓技術，能為客戶提供一個相對完善的駕乘體驗。

大陸公司渦輪增壓器技術業(yè)務開發(fā)負責人NisarAl-Hasan認為，渦輪機對廢氣熱焓的利用效率，比機械增壓器更高，所以渦輪增壓器在降低CO2排放方面具有巨大潛力。負責梅賽德斯-奔馳6缸汽油機開發(fā)項目的高級經理Ralph Weller博士表示，過去奔馳多采用機械增壓器，渦輪增壓的優(yōu)勢是可通過排氣系統(tǒng)的熱焓來直接驅動渦輪機而回收功率，無需耗費發(fā)動機自身功率。

然而，由皮帶驅動的機械增壓器，不完全依賴于廢氣能量，在任何循環(huán)工況點下都可使發(fā)動機獲得功率上的收益。伊頓發(fā)動機進氣管理工程經理Dan Ouwenga認為，機械增壓器的技術優(yōu)勢已向發(fā)動機動力性提升方面進行了拓寬，且與其他發(fā)動機的重大技術改進同時使用。驅動機械增壓器會產生寄生能量損耗，但其優(yōu)勢是可維持發(fā)動機的穩(wěn)定運轉。保持可靠的氣流運動是未來推動發(fā)動機技術發(fā)展的關鍵因素，對于廢氣再循環(huán)（EGR）的運用非常重要，同時需讓汽車制造商接受類型多種多樣的先進燃燒技術。由廢氣驅動的渦輪機也存在其優(yōu)勢和弊端，對其進行驅動不耗費能量，但僅依靠廢氣能量的驅動方式限制了增壓器的運轉范圍及增壓器的開啟時刻。

機械增壓器必須集成到發(fā)動機的進氣路徑上，由曲軸進行機械式驅動，據(jù)博格華納渦輪增壓系統(tǒng)全球工程與創(chuàng)新副總Dr HermannBreitbach所言，就改善燃油經濟性而言，需要更好地控制增壓器的分離，這樣實現(xiàn)整個機械增壓器的安裝較為困難。由于與發(fā)動機之間采用剛性連接，機械增壓器的扭矩提升速度及低速扭矩特征表現(xiàn)良好，而與5～10年前的技術水平相比，渦輪增壓器在該領域的技術水平已得以顯著提升，二者之間差距并不明顯。

機械增壓器的一大技術弊端是其采用固定的速比，因此必須使用離合器、變速器或者電機應用至發(fā)動機的整個轉速范圍內，從而使其獲得增壓壓力。渦輪增壓器也存在缺陷，比如其熱慣性，因為布置在發(fā)動機和排氣后處理系統(tǒng)之間，渦輪會使催化器起燃的持續(xù)時間延遲，并在循環(huán)測試時使排放物有所增加。

2增壓的優(yōu)勢

研發(fā)渦輪增壓技術的重點在于減少其摩擦和慣量，以改善響應性和可操作性。例如可變幾何截面渦輪增壓器（VTG）特征，優(yōu)化了低轉速下壓氣機的響應性，當廢氣能量較低時，在大負荷運轉工況下依舊能夠輸出充足的空氣。二級渦輪增壓器在高品質柴油機上應用了多年。在低轉速工況下，廢氣能量較低時依然可使小渦輪具有良好的響應性；在高負荷工況下，大渦輪同樣可以滿足實現(xiàn)高功率和高扭矩輸出的進氣需求。但目前由于考慮到排氣的高溫，VTG在汽油機上依然很少見。

當保時捷摒棄自然吸氣發(fā)動機后，引進了VTG以保證響應性。同時大眾汽車在2017年也將此技術應用到最新款1.5 L TSI發(fā)動機上。發(fā)動機運轉在一個大膨脹比的米勒（Miller）循環(huán)下，由于使用VTG技術，在1 400 r/min～4 000 r/min的轉速范圍內，能維持200 N?m的持平扭矩曲線。

根據(jù)不同的用途，渦輪增壓器的工程技術需要進行相應調整。一大影響因素是其特定的輸出需求，從單渦輪開始，然后采用雙渦道渦輪，直至與梅賽德斯-奔馳一樣采用雙渦輪，或者為單/雙渦管與電動增壓器的結合。上述均適用于一臺優(yōu)質發(fā)動機或者低成本發(fā)動機，

在汽油機上，雙渦道渦輪將分離的廢氣導入，最大化地利用廢氣脈沖，高度改善了其響應性。220 kW的Ingenium汽油機采用的雙渦道增壓器，采用陶瓷球軸承，具有優(yōu)秀的瞬態(tài)響應性，缸蓋集成排氣歧管上還有一個電動廢氣閥，Ingenium是渦輪增壓器技術得以高速發(fā)展的典型實例。柴油機增壓的當前技術水平是采用配備有VTG的渦輪增壓器和二級系統(tǒng)，同時汽油機增壓的技術水平是采用單渦道或雙渦道結構的高溫廢氣閥渦輪。

大陸集團RAAX方面應用的渦輪增壓器技術是采用一個特殊種類的混合流渦輪機，其結合了高效率和良好的慣性。同時對每款發(fā)動機開展專門為其量身定做的熱力學方案設計，從而推動渦輪機技術發(fā)展。不可否認，量身訂做的渦輪增壓器比普通的模式化設計可以更好地滿足客戶需求。

汽車市場的OEM端主要使用兩種類型的機械增壓器：魯氏（Rootes）類型；及與在Ford GT上使用相似的雙蝸桿（Lysholm screw）類型。伊頓TVS2（雙渦系）是一個Rootes型壓氣機。TVS2作為伊頓下一代機械增壓器的重點開發(fā)項目，從其單獨運轉直到采用，可實現(xiàn)增壓器的輕量化，且具有良好的NVH性能。

3著眼未來

未來發(fā)動機依然會從兩類增壓技術的基礎上獲得增壓壓力，并持續(xù)采用類似的方法對渦輪增壓器技術進行深入開發(fā)。VTG在小型柴油車上很常見，由于二階渦輪系統(tǒng)提供的經濟效益，其在小型柴油車上的應用也日益廣泛。對于新型汽油機而言，其主流趨勢是應用米勒循環(huán)發(fā)動機并同時驅動VTG技術，其下一階段的技術挑戰(zhàn)是可變截面渦輪機技術在中小型汽油機上的應用。

渦輪增壓器在整個系統(tǒng)中的作用及其如何與其他發(fā)動機技術相結合也很重要。汽油機在特定情形下可以與一個全可變電動液壓驅動系統(tǒng)進行匹配，并將這些技術特征及進氣方面的優(yōu)勢進行結合。機械增壓器繼續(xù)應用于高性能發(fā)動機上，同時也需滿足先進燃燒技術的需求。馬自達火花塞控制壓燃點火（SCCI）SkyActiv-X汽油機是一個例子。以使用小型皮帶驅動的機械增壓器作為空氣泵，提供的額外空氣足以支撐發(fā)動機在稀薄燃燒工況下的運轉。

伊頓將繼續(xù)開發(fā)由其獨創(chuàng)的TVS轉子技術，安裝還包括電動輔助。在量產市場上，還未看到機械增壓器技術替代渦輪增壓器的趨勢，但是對于機械增壓器而言，目前已出現(xiàn)了一個新的應用領域，即在EGR的高工況區(qū)域，其可以作為空氣泵來作為先進燃燒系統(tǒng)的有力支持。