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双螺杆机械增压器现状及其发展趋势

文档作者：曾宪龙，何志龙，邢子文文档来源：西安交通大学		点击数：	更新时间： 2026年01月25日
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上一篇：涡轮增压器出口消声器的仿真和改进

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38 FLUID MACHINERY Vo1．39，No．8，2011
文章编号： 1005—0329(2011)08—0038—06
双螺杆机械增压器现状及其发展趋势
曾宪龙，何志龙，邢子文
(西安交通大学，陕西西安710049)
摘要： 简单介绍了增压器的应用背景，并概述了常用增压器的分类及其工作原理。通过与各种类型增压器的对比
分析，得出了双螺杆机械增压器的技术优势。回顾了双螺杆机械增压器的发展历程，并介绍了目前研制和生产双螺杆机
械增压器的主要公司的现状。最后对双螺杆机械增压器的发展趋势做了展望。
关键词： 机械增压器；涡轮增压器；双螺杆；综述
中图分类号： TK05 文献标识码： A doi：10．3969／j．issn．1005—0329．2011．08．009
The Current Situation of Screw Supercharger and Its Trends
ZENG Xian long，HE Zhi-long，XING Zi—wen
(Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China)
Abstract： The application background of the supercharger was introduced，and classification and the working principle of the
VSI~OUS superchargers were summarized．Based on the comparative analysis of all kinds of boosters，the echnological advantages
of screw supercharger were obtained．Then the development history of screw supercharger was reviewed，and the current situations
of major companies which develop and manufacture the screw supercharger were presented．Finally，development trends and pros—
pect of screw supercharger were put forward．
Key words： supercharger；turbocharger；screw；review
1 前言
在内燃机的发展历程中，增压技术的应用与
发展有效地提高了内燃机的平均有效压力，从而
大幅地提高了发动机的比功率和燃油经济性，被
誉为内燃机发展史上的第二个里程碑¨ 。
车用发动机的机械增压兴起于20世纪30年
代，但由于当时的机械式增压器体积大、成本高、
效率低和寿命短等原因没有被汽车工业界所广泛
采用。此后一段时间里，机械增压逐渐淡出市场，
而废气涡轮增压器在20世纪60年代起却得到了
快速的发展。进入21世纪后，在飞速发展的设计
制造水平，用户对发动机的动力性、经济性提出的
更高要求以及国际排放法规的多重推动下，机械
收稿日期： 201l—O1—25 修稿日期： 2011—04—15
增压技术又被汽车工业界所重视。
2 增压器简介
2．1 增压器原理
使燃烧更加剧烈从而提高发动机功率的关键
是增加喷油量和进气量，增加发动机的喷油量很
容易做到，但要提高进气量，以提供足够量的空气
支持燃料的完全燃烧，靠传统的发动机进气系统
是很难完成的。通过引入增压器来压缩进入发动
机汽缸前的空气以提高空气的密度，从而使更多
的空气充填到汽缸内，配合更多的喷油量使燃烧
更加剧烈，增大发动机功率，这即是增压器的基本
工作原理。
2011年第39卷第8期 流体机械 39
2．2 增压器的分类
按照增压器的驱动来源不同可以将其主要分
为两大类，分别为废气涡轮增压和机械增压。
废气涡轮增压利用发动机排出的废气惯性冲
力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶
轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之
增压进入汽缸，结构如图1所示。
流向进气管的压缩空气
的空气
图1 废气涡轮增压器内部结构示意
机械增压是直接利用引擎出力来驱动增压
器，再将高密度空气送入汽缸内以提高引擎的输
出功率。机械增压器的驱动力来自引擎曲轴，一
般都是利用皮带连接曲轴皮带轮，间接将曲轴运
转的扭力带动增压器，达到增压目的。依照构造
不同，机械增压曾经出现过许多种类，目前主要包
括罗茨式、双螺杆式等类型。早期的机械增压器
较多采用罗茨式，其增压器内部有一对彼此啮合
的叶轮作方向相反的旋转，无内压缩地将空气推
送到发动机的进气歧管里，其内部结果如图2所
示 ‘
图2 罗茨式机械增压器内部结构
由罗茨式机械增压器发展而来的双螺杆机械
增压器，其与罗茨式最大的区别在于转子形状不
同，存在内压缩过程，性能更加优异，其内部结构
如图3所示。
图3 双螺杆机械增压器内部结构
3 双螺杆机械增压器的技术优势
综合比较各种类型的增压器，尤其是前面提
到的3种主流增压器的特点，可以看到双螺杆机
械增压器综合性能优异，市场发展空间巨大，具体
技术优势如下所述。
3．1 与废气涡轮增压相比
(1)螺杆机械增压可全程提高扭矩与功率，
尤其低速扭矩特性更加卓越
涡轮增压的启动需要有足够多的废气来支
持，而这通常会需要一段时间。机械增压的驱动
力则直接来自引擎的曲轴，当引擎启动时，就已开
始工作。
Matsubara等曾把一台2L 4缸汽油机分别配
上螺杆机械增压器和废气涡轮增压器进行对比试
验 j。装配上2种不同增压器后的性能比较曲线
如图4所示。
53
晋33
13
Z
辑
1000 3000 5000
转速(r／rain)
图4 不同增压器的性能曲线对比
由图可见，螺杆机械增压器在较宽转速范围
FLUID MACHINERY Vo1．39，No．8，2011
内有着明显的扭矩和气体压力的提升。尤其在低
转速时，其性能明显优于废气涡轮增压器。
(2)螺杆机械增具有优良的发动机瞬态加速
特性
废气涡轮增压器涡轮室内的涡轮只有达到一
定转速时(12000r／min左右)才能使进气叶轮开
始工作。发动机刚启动时，转速较低，发动机的废
气排放速度不足以推动增压器工作，也就是说这
段时间废气涡轮增压器是不工作的，这就是涡轮
迟滞效应。其加速特性曲线如图5所示。
篮
JJI【速时间
图5 废气涡轮增压加速特性曲线
而双螺杆机械增压器扭力输出更加线性，加
速流畅，无迟滞和突然爆发，动力输出一气呵成，
几乎感觉不到与自然进气发动机的不同。即使涡
轮增压器采用了可变几何形状蜗壳和小惯量的陶
瓷叶轮等措施，其响应时间仍比机械增压器高3
倍l3』。双螺杆机械增压发动机在加速性能上与
涡轮增压发动机相比占有绝对优势。
(3)机械增加器螺杆机械增压较少影响排气
系统，更为环保
涡轮增压器布置在发动机排气口和催化转化
器之间，利用废气推动运行，从而耗费了废气热
能，使得进入催化转化器的废气温度降低，延长催
化转化器的起燃时间，影响发动机启动和启动后
暖机阶段有害物质的净化。相比而言，机械增压
器则与排气系统无关，不会影响催化转化器的起
燃特性。在欧I和欧Ⅱ排放法规的测试循环中，
发动机开始启动后有40s的怠速，在此期间排出
的废气不予采集，上述问题不是很突出。但是从
欧Ⅲ排放法规开始，取消了这40s的怠速。特别
是汽油机，在起动暖机过程中，燃料雾化性、与空
气混合均匀性差，燃烧不完全造成大量尾气排放。
排放测试循环中起动和起动后暖机阶段从排气管
采集到的HC和CO大量增加，并构成了整个测试
循环废气排放量的绝大部分，故更加强调要求催
化转化器起燃快。因此，双螺杆机械增压器相比
于废气涡轮增压器更能满足环保的要求 J。
(4)螺杆机械增压发动机的泵气损失较小
发动机中因工质流动需要克服进、排气系统
阻力所消耗的功称为泵气损失，约占发动机总机
械损失的2O％。如图6所示，双螺杆机械增压排
气背压较小，因此其发动机的泵气损失小于废气
涡轮增压发动机 。
一l20000
山
60000
O l000 3000 5000
转速(r／min)
图6 发动机排气压力对比曲线
(5)螺杆机械增压易于安装，操作性好
废气涡轮增压的排气涡轮安装在排气管里
面，它的最高转速可达12000r／min以上，由此产
生的高温高压不可避免，这使得废气涡轮增压安
装更加复杂。首先是负责冷却和润滑的机油，会
因为高温而快速氧化，因此需要选用耐高温、抗氧
化好的优质机油，并且需要安装机油温度表以便
随时观察机油情况。另外是冷却系统，需要在进
气部分安装中央冷却器装置，因为空气被压缩后，
温度升高，密度降低，含氧量会减少，燃烧效率降
低，所以必须用中央冷却器来冷却空气温度。而
对于双螺杆机械增压发动机，散热问题就小多了，
一般也不需要用中央冷却器。
当需要熄灭引擎时，涡轮增压发动机通常需
要怠速工作30s左右的时间来推动机油以便让部
件、机油冷却，而机械增压则无此类问题。
3．2 与罗茨机械增压相比
(1)螺杆机械增压效率更高
罗茨机械增压无内压缩过程，气体压力借助
排气孔口较高压力气体的回流以提高压力，即
等容压缩，气体的压缩过程是在齿问容积与排
气管道连通的瞬时完成的。如图7所示，无内
压缩时，附加能量损失大，且排气温度也较有内
压缩过程时高 J。故双螺杆机械增压效率较罗
茨式更高。
2011年第39卷第8期 流体机械 41
2·0
奋1．o
O．O
O．O O．5 1．O
容积
图7 无内压缩的工作过程
(2)螺杆机械增压适用范围更广
螺杆机械增压气体泄漏和损失特性小于罗茨
式，故更加适合较大气量、高转速条件下工作。
图8示出某双螺杆机械增压器在排气压力分
别为0．14MPa和0．2MPa时的性能曲线 。可以
看到双螺杆机械增压器流量线性增加，容积效率
以及耗功J7、r随着转速／1．的增加而上升，而工作
温升 在较宽工况范围内保持在较为理想的水
平。
毒80
0
，l
(a)排气压力0．14MPa
n
(b)排气压力0．2MPa
图8 螺杆机械增压器在不同压力的性能曲线
(3)螺杆机械增压具有较低的噪声和振动
罗茨周期性的吸排气及瞬时的等容压缩而形
成的气流速度与压力的脉动，产生较大的气体动
力噪声及振动。相比而言，螺杆式运行更加平稳
安静。
(4)螺杆机械增压器体积更小，质量更轻
如图9所示，在相同排气量下，双螺杆增压
器体积约比罗茨增压器小35％ ，另外重量约为
罗茨增压器的70％E2]。汽车发动机室的空间有
限，体积更小，质量更轻的增压器更便于安装和
使用。
图9 相同排气量F 2种增压器体积对比
3．3 与其他类型增压器相比
除了废气涡轮增压、罗茨机械增压外，离心式
机械增压、涡旋式机械增压以及滑片式机械增压
也是可行的选择。
其中离心式机械增压器结构上类似废气涡
轮增压器的结构，唯一的区别就是废气涡轮增
压是通过废气的压力来驱动，而离心式机械增
压则是靠发动机的曲轴通过齿轮和皮带来获得
工作动力。但考虑到离心式机械增压器的工作
温度很高，而且经济性能不如双螺杆式，所以只
有少数追求极限的用户才会选用离心式机械增
压器。
如表1所示，综合比较机械损失、使用寿命、
质量、噪声以及可靠性，双螺杆机械增压器仍为最
佳增压器选择。
表1 不同类型机械增压器的性能比较
项目 双螺杆式 滑片式 涡旋式 旋转活塞式
机械损失 小 大 中 小
使用寿命 长 短 长 中
质量 中 中 小 大
噪声 中 大 小 由
可靠性 高 低 中 高
42 FLUID MACHINERY Vo1．39，No．8，2011
4 双螺杆机械增压器的发展历程
4．1 国外双螺杆机械增压器的发展历程
1987年，Art Whipple创立了Sprintex公司，
并最早研发和生产双螺杆机械增压器主机，随后
成立了Whipple公司作为其运营商。1990年，瑞
典的SRM公司创立了Opeon Autorotor公司，第二
年与Whipple公司签署了独家代理协议，借助于
SRM双螺杆主机的长期技术积累，Whipple的双
螺杆机械增压器技术得到了快速发展。1995年，
Autorotor脱离了SRM公司，而后者与Whipple共
同创立了Lysholm公司。2004年，瑞典的Opeon
能源集团收购了Lysholm，故同时拥有了Autorotor
和Lysholm这两家研发和制造双螺杆机械增压器
主机的主要公司。2005年，Whipple开始研制和
使用自己的双螺杆机械增压器主机。
目前，装配双螺杆机械增压器系统的企业主
要有Sprintex、Whipple、Kenne Bell、Vortech以及
Saleen。其中，Kenne Bell与Whipple公司长期竞
争，前者一直采用Autoroto的双螺杆主机性能更
为优异，但由于轴承、齿轮以及加工工艺的原因，
其价格也较后者更高。美国的Vortech公司则使
用的Lysholm双螺杆主机。美国的Saleen公司生
产自己的双螺杆机械增压器主机并应用在自己品
牌的跑车以及Ford和Lincoln汽车上。
综上所述，目前研发和制造双螺杆机械增压
器主机的公司主要有Sprintex、Autorotor、Lysholm、
Whipple以及Saleen。以上公司的长期的技术革
新以及产品更新换代，为推动双螺杆机械增压器
的市场普及起到了至关重要的作用。
4．2 周内双螺杆机械增压器的发展历程
国内双螺杆机械增压器的应用较晚。但随着
用户日益增长的性能要求以及国内加工工艺的不
断提高，双螺杆机械增压器正成为行业内的热点
被广大用户以及相关企业所关注。2009年北京
华创汽车公司引进Sprintex的双螺杆机械增压器
主机，并针对国内多款车型进行了系统配件的改
装，其改装效果令人满意。
5 双螺杆机械增压器的主要生产公司及其产品
现状
5．1 SPRINTEX公司及其产品现状
Sprintex属于ATG (Automotive Technology
Group Limited)旗下的一家分公司，总部坐落于
澳大利亚，历经20多年的发展，目前已推出自己
的第5代双螺杆机械增压器主机。
其型号主要有S5—150、S5-210以及85—335，
对应的具体参数如表2所示。
表2 Sprintex双螺杆机械增压器参数
型号 S5—150 S5．210 S5-335
重量( ) 4．5 9．3 10．9
排气量(L／r) 0．59 0．94 1．46
最大流量(L／s) 150 210 335
内容积比 1．4 1．4&amp;amp;1．8 1．4＆1．8
最大转速(r／rain) 160oO 15o0O 150oO
进入国内的产品目录上就有这3种型号产
品。最小的是S150型号，对应在0．6～1．8L引擎
使用，其次是$210，对应2．0～3．0L排量引擎使
用，引入国内产品最大的是$335型号，可对应3．5
～ 4．5L排气量车型，如果算上国外使用的最大是
$450，能直接对应6．0～7．5L引擎，譬如在澳洲曾
在V8引擎上用$450做出最大884匹马力的输
出，这在单一机械增压上来说是非常优秀的成绩
了。其设计工作转速大概在15000r／min左右，最
高转速控制在20000r／min，当机械增压器转速达
到19500r／min时，增压器的容积效率仍能达到
95％ ，另外其工作温度控制在60～70~C，比正常
的机油温度还要低。
Sprintex也是目前世界上屈指可数拥有双螺
杆机械增压技术专利的公司。其旁通设计有效解
决了高转速下机械增压器的安全性问题。
5．2 AUTOROTOR公司及其产品现状
Autorotor成立于1990年，隶属于瑞典的0p—
con能源集团，长期从事双螺杆压缩机的研发和
生产。尤其在燃料电池用螺杆压缩机方面一直处
于世界领先水平。该公司生产的双螺杆主机一直
被机械增压系统厂商Kenne Bell采用，产品型号
涵盖了27 Litres／see到492 Litres／see，最大压比
为2．0。
如图10所示，Autorotor设计的螺杆机械增压
器系统布置以及燃料喷射系统。提供了2种压力
的气体分别供给增压器和燃料喷射器。
5．3 LYSHOLM公司及其产品现状
Lysholm公司成立于1995年，由瑞典的SRM
公司创立，SRM公司也是世界上最早生产双螺杆
压缩机的企业之一，目前Lysholm属于瑞典的Op—
2011年第39卷第8期 流体机械 43
con集团，长期专注于提高内燃机功率与转矩。
其产品规格涵盖了300 Litres／sec到583 Litres／
sec，最大压比达到了2．2。其相关专利也包括了
主机及其系统布置。
发动
双螺杆式
机械增压器
带
图10 Autorotor带燃料喷射器的增压器系统示意
5．4 WHIPPLE公司及其产品现状
Whipple公司成立于1987年，目前总部在美
国加州，曾先后使用Sprintex、Autorotor、Lysholm
的螺杆增压器主机，2005年之后开始生产和使用
自己的双螺杆机械增压器主机及改造相应的系
统。其产品规格涵盖了528 L／s到1535 IMs，最
大压比2．1。
6 双螺杆机械增压器的发展趋势
随着双螺杆压缩机技术的日趋完善，螺杆机
械增压器的效率以及可靠性将进一步提高。目
前针对不同工况及设计要求的增压器用双螺杆
压缩机的理论及试验研究也正在进行当中，包
括高效新型的型线研究、更轻更紧凑的结构设
计、稳定低噪声的整机优化等。这将为今后双
螺杆机械增压器的设计及制造提供更科学可靠
的理论依据。
加工工艺以及材料工艺的日益改善使双螺杆
机械增压器的成本进一步下降，也为增压器性能
的优化设计提供了必备条件。加工精度以及表面
处理工艺等技术的提高强化了机器的结构强度，
增强了对不同工况的适应性；机壳以及转子结构
采用铝合金材料降低了增压器整机重量、提高了
能量利用效率，使双螺杆机械增压器在与其它类
型增压器的竞争中优势明显。
更加智能化的进气旁通等控制系统进一步提
高双螺杆机械增压系统的燃油经济性，并且可根
据工程应用的具体需要，调整和改善发动机输出
扭矩曲线特性，满足用户的多元化需求。
由于我国城市交通车速较慢、怠速时间长，发
动机工况交替频繁特点，双螺杆机械增压技术将
有很大的市场发展空间。双螺杆机械增压器和废
气涡轮增压器的同时使用也是一种发展趋势，实
现了机械增压低速特性和涡轮增压高速特性的优
势互补，克服了双螺杆机械增压高速效率不高和
涡轮增压滞后问题，兼顾了低速时的扭矩输出和
高速时的功率输出。此外在一些特殊的场合，如
燃料电池汽车、高空无人机等，双螺杆机械增压器
都是最佳选择。随着设计和制造水平的提高，以
及理论研究的日益深入，双螺杆机械增压器的应
用领域将更加广泛。
参考文献
[1] 张然治，任继文．车用发动机增压技术现状及其市
场预测[J]．车用发动机，1997，10(2)：1-9．
[2] Matsubara，et a1．Superior Charging Technology by
Screw Supercharger and High Technology Turbo —
charger for Automotive Use[J]．SAE paper，1989，11
(2)：33-34．
[3] 刘厚根．机械增压器的研究现状与开发建议[J]．车
用发动机，2004，3(5)：3-5．
[4] 钱人一．汽油机的机械增压(二)[J]．汽车与配件，
2003，3(1)：26-28．
[5] 邢子文．螺杆压缩机一理论、设计及应用[M]．北
京：机械工业出版社，2000，311(1)：91-92．
[6] Sprintex Superchargers and Supercharger Systems http：／／
www．sprintex．com．au／sprintex／superehargers／#
tabs一0—0『EB／OL]．2011．
作者简介：曾宪龙(1988一)，男，硕士研究生，主要从事双螺
杆机械增压的研究，通讯地址：710049陕西西安市成宁西路28号
西安交通大学1697信箱。

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