机械增压

  装用在汽车上的增压器,起初都是机械增压,在刚发明时被称超级增压器(Supercharge),后来涡轮增压发明之后为了区别两者,起初涡轮增压器被称为Turbo Supercharger,机械增压则被称为 Mechanical Supercharger。久而久之,两者就分别被简化为Turbocharger与Supercharger了!

『奔驰C180K用的1.6升机械增压发动机

    机械增压器压缩机的驱动力来自发动机曲轴。一般都是利用皮带连接曲轴皮带轮,以曲轴运转的扭力带动增压器,达到增压目的。根据构造不同,机械增压曾经出现过许多种类型,包括:叶片式(Vane)、鲁兹(Roots)、温克尔(Wankle) 等型式。不过,现在较为常见的为前两种。

 

  鲁兹增压器有双叶、三叶转子两种型式,目前以双叶转子较普遍,其构造是在椭圆形的壳体中装两个茧形的转子,转子之间保有极小的间隙而不直接接触。两转子借由螺旋齿轮连动,其中一个转子的转轴与驱动的皮带轮连接,转子转轴的皮带轮上装有电磁离合器,在不需要增压时即放开离合器以停止增压。离合器的开合则由计算机控制以达到省油的目的。

    而叶片式( 亦有称为涡流式) 的本体就是属于叶片式本体的一种。其运作方式主要是利用三个可根据不同离心力而改变转速的行星齿轮组带动进气叶片。透过齿轮组与叶片轴心的相互磨擦,提高轴心转速并进一步提高进气叶片的速度,以获得持续不断的增压反应。换句话说,就是发动机转速愈高,进气叶片的转速也能跟着提高。

机械增压的特性:

    机械增压与涡轮增压在动力输出上有着明显的区别,前者有接近自然进气的线性输出,而后者则因为有涡轮迟滞的现象,出力相对多一点突兀,没那么线性。

    因为机械增压的作动原理,使其在低转速下便可获得增压。增压的动力输出也与曲轴转速成一定的比例,即机械增压引擎的动力输出随着转速的提高,也随之增强。因此机械增压引擎的出力表现与自然气极为相似,却能拥有较大的马力与扭力。

    由于机械增压器采用皮带驱动的特性,因此增压器内部叶片转速与引擎转速是完全同步的,基础特性为:

    引擎rpm X(R1/R2)= 增压器叶片之rpm

R1 引擎皮带盘之半径

R2 机械增压器皮带盘之半径

    而机械增压器由于利用引擎转速来带动机械增压器内部机构。其整体结构简单,工作温度介于70℃ -100℃,比起靠废气驱动的涡轮增压器的400℃ -900℃的高温工作环境要舒服得多。因此,机械增压系统对于冷却系统润滑系统的要求与NA 引擎基本相同,机件保养程序也大同小异。

    此外,机械增压优点为体积小,不需修改引擎本体、安装容易,因此在美国的改装界也颇受欢迎。原本为大排气量NA 设计的车辆,尤其适合改装。

    房车赛的赛车在改装时要拆除空调压缩机,而方程式(Formula)赛车,甚至连启动马达、机油泵都改成外部连接,目的都是为了减少对引擎造成的负担。

    依靠发动机动力带动的机械增压器,与以上部件一样,都会给发动机带来额外的负担。因此,增压器本身的运转阻力必须越小越好,才不会拖累引擎的工作效率,发动机转速提升才能更快。

    然而,机械增压器的进风量与阻力成正比关系。当使用高增压时,虽然引擎输出的能量大增,但相对增压器内部叶片受风阻力也会升高,当阻力达到某一界限时,这个阻力会使引擎承受极大的负荷,严重影响转速的提升。因此,机械增压必须在增压值与引擎负荷间取得平衡,以避免高增压带来的负面效应。

    目前,欧洲设计的机械增压多为介于0.3-0.5bar的低增压,着重在低转速扭力输出与中高转速“高原型”马力输出。而台湾“特嘉”研发的新式高效率增压器可以产生0.6-1.2bar 的中度增压值,动力提升的幅度更为显著。虽然机械增压系统在现阶段仍然无法突破1.5bar 的高增压范围,而涡轮增压早已突破2.2bar 的超高压境界,单就效率而言,涡轮增压系统可以用“倍数”来提升引擎输出,但要付出的金钱、维护,以及周边整合也是机械增压的数倍,孰优孰劣,就请各位读者自行评断。

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