涡轮增压与机械增压

2023年11月26日发(作者：宝马21款5系)

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:

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:

8 ,

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

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，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:

:

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，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

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

)

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

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1.4TSI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。

综合上面的成本考虑,于是一汽-大众就把机械增压部分取消掉,仅仅

配置了涡轮增压引擎。

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注解1/硬性连接:硬性连接就是意味着机械增压的启动适合发动机转

速直接关联的,二者之间靠皮带进行连接,从怠速开始就能发挥增压作

用。

注解2/涡轮增压系统寿命:涡轮增压因为是利用废气来推动前压气叶

片的转动,转速达到一定数值之后涡轮增压才会启动产生增压值,这样

等于涡轮增压系统在未达到工作转速前可以适当的休息一下,所以它

的寿命也就是100%全时工作的机械增压系统要长很多。