不走寻常路 楼兰机械增压发动机解析

对于涡轮增压发动机，相信大家都已经非常熟悉了，但是机械增压发动机则相对罕见一些。然而早在1921年，机械增压技术就被应用在量产汽车上了。今天我们就借楼兰发动机的解析来探究一下机械增压的奥秘。
什么是机械增压
想要提升发动机动力有多种办法，提升进气量就是其中之一，增压技术就是为了提升进气量而生的。常见的涡轮增压是通过发动机排出的废气推动涡轮，另一端同轴连接的叶轮也会跟着旋转将更多的新鲜空气送入气缸。
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机械增压同样是为了提升进气量，只不过它不是通过涡轮，而是通过机械增压器。机械增压器通过发动机曲轴带动，将空气送入气缸。
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楼兰机械增压发动机解析
同样是为了满足日益严苛的排放和油耗法规，以及应对国内排量税，日产在发动机downsizing上也做了不少功课，不仅推出了1.2T、1.6T等小排量涡轮增压发动机，也提供1.2L和2.5L的机械增压发动机。那么为什么楼兰要选择这么一款机械增压发动机呢？
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上一代楼兰曾搭载一台VQ35DE 3.5L V6发动机，但环顾同级别车型，竞争对手普遍采用的是3.0L以下的发动机，大排量发动机在购买成本上处于劣势。因此日产采用的的2.5L+机械增压+混合动力的替代方法，也就是眼前这台QR25DER，最大功率为245Ps/5600rpm，峰值扭矩为330N·m/3600rpm。
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看到这里或许有人会说，大家都在规避排量税，都在小型化，为什么就你选择了机械增压呢？来自日产技术中心，曾参与开发VQ系列等多款发动机的松井健太郎称，选择机械增压的主要目的是实现既定的动力性能目标和排放目标。
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工程师在调研时发现国内的用车环境多是处于低速和拥堵，因此车辆的起步性能尤为重要，在这一点机械增压有着更大的优势。这是因为机械增压器与发动机曲轴通过皮带相连，增压器内部叶片转速与引擎转速是完全同步的，增压的动力输出与曲轴转速成一定的比例，因此机械增压发动机的出力表现与自然吸气极为相似，却不用担心涡轮增压带来的迟滞问题。
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楼兰的这台机械增压发动机还将水冷中冷器集成在进气歧管中，能够在低车速和拥堵环境下确保进气温度的稳定。除了通常的冷却路径外，发动机还提供了副冷却系统来给中冷器和逆变器进行额外的冷却。
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此外，这台QR25DER还配备了电控旁通阀和电控节气门，在二者的共同的作用下，使得楼兰的动力输出更为线性，丝毫不会因增压的介入而变得突兀。
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车型名称     排量(mL)     进气形式     最大功率(KW)     最大扭矩(N.m)
2017款楼兰2.5L自动S/C XE HEV混动四驱尊尚版     2488ml     机械增压     180     330
诚然，机械增压技术并不是完美无缺的，与涡轮增压的“无本买卖”相比，机械增压需要消耗发动机的动力来驱动，因此会消耗发动机的部分功率，在高转速区间会更为严重。楼兰对于这个问题的解决方案是引入混动系统，但这并不是今天的重点，因此也是点到为止。
以上我们看过了日产为实现平顺又有力的动力目标后，下面要提及的技术就是更为照顾排放目标了。
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三元催化器是非常重要的机外净化装置，它能够将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。但三元催化器在低温时转换效率会急剧下降，因此尽快让三元催化器达到工作温度是降低排放的有效手段之一。机械增压发动机由于没有了涡轮增压的一套装置，三元催化器能够布置在离排气端更近的位置，充分利用废气来尽快达到工作温度。
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当发动机在低温起动时，三元催化器是无法正常工作的，这时候想要减少发动机的排放，同时打开进气门和排气门是有效的方案之一，在发动机冷机起动时将气门正时设定为中间正时的状态能优化排放。但是如果发动机在VTC（可变气门正时机构）的动作保持在最滞后角位置时停止，由于发动机在下一次起动的初期难以形成充分的油压，VTC就不能立即成为中间正时。因此，日产想出了“中间位置可锁定进气VTC”的技术。通过将VTC的动作位置锁止于中间位置，即便油压较低，VTC也能维持中间正时。研究表明，采用这种技术的VTC能够将冷机启动后HC的排放量减少20%。
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为了满足发动机最大功率时的燃油流量需求和排放法规，日产开发出燃油压力可变系统来实现燃油微粒化，在不同的工况和转速下达到最优的燃烧效果，同时也优化了排放。
日产的这台QR25DER主要是用于国内取代VQ35DE的地位，为了弥补排量减少带来的动力下降，日产运用了机械增压、HEV等一系列技术来让它做到“个头小力气大”，重点是优化了低转速高负载工况下的动力性能和排放标准，可以说是很“符合国情”的一台发动机了。