機械增壓的原理 更新時間: 2019-11-17

裝用在汽車上的增壓器,起初都是機械增壓,在剛發明時被稱超級增壓器(Supercharge),后來渦輪增壓發明之后為了區別兩者,起初渦輪增壓器被稱為Turbo Supercharger,機械增壓則被稱為 Mechanical Supercharger。久而久之,兩者就分別被簡化為Turbocharger與Supercharger了!


『奔馳C180K用的1.6升機械增壓發動機』

機械增壓器壓縮機的驅動力來自發動機曲軸 。一般都是利用皮帶連接曲軸皮帶輪,以曲軸運轉的扭力帶動增壓器,達到增壓目的。根據構造不同,機械增壓曾經出現過許多種類型,包括:葉片式(Vane)、魯茲(Roots)、溫克爾(Wankle) 等型式。不過,現在較為常見的為前兩種。


魯茲增壓器有雙葉、三葉轉子兩種型式,目前以雙葉轉子較普遍,其構造是在橢圓形的殼體中裝兩個繭形的轉子,轉子之間保有極小的間隙而不直接接觸。兩轉子借由螺旋齒輪連動,其中一個轉子的轉軸與驅動的皮帶輪連接,轉子轉軸的皮帶輪上裝有電磁離合器,在不需要增壓時即放開離合器以停止增壓。離合器的開合則由計算機控制以達到省油的目的。

而葉片式( 亦有稱為渦流式) 的本體就是屬于葉片式本體的一種。其運作方式主要是利用三個可根據不同離心力而改變轉速的行星齒輪組帶動進氣葉片。透過齒輪組與葉片軸心的相互磨擦,提高軸心轉速并進一步提高進氣葉片的速度,以獲得持續不斷的增壓反應。換句話說,就是發動機 轉速愈高,進氣葉片的轉速也能跟著提高。

機械增壓的特性:

機械增壓與渦輪增壓在動力輸出上有著明顯的區別,前者有接近自然進氣的線性輸出,而后者則因為有渦輪遲滯的現象,出力相對多一點突兀,沒那么線性。

因為機械增壓的作動原理,使其在低轉速下便可獲得增壓。增壓的動力輸出也與曲軸轉速成一定的比例,即機械增壓引擎的動力輸出隨著轉速的提高,也隨之增強。因此機械增壓引擎的出力表現與自然氣極為相似,卻能擁有較大的馬力與扭力。

由于機械增壓器采用皮帶驅動的特性,因此增壓器內部葉片轉速與引擎轉速是完全同步的,基礎特性為:

引擎rpm X(R1/R2)= 增壓器葉片之rpm

R1 引擎皮帶盤之半徑

R2 機械增壓器皮帶盤之半徑

而機械增壓器由于利用引擎轉速來帶動機械增壓器內部機構。其整體結構簡單,工作溫度介于70℃ -100℃,比起靠廢氣驅動的渦輪增壓器的400℃ -900℃的高溫工作環境要舒服得多。因此,機械增壓系統對于冷卻系統、潤滑系統的要求與NA 引擎基本相同,機件保養程序也大同小異。

此外,機械增壓優點為體積小,不需修改引擎本體、安裝容易,因此在美國的改裝界也頗受歡迎。原本為大排氣量NA 設計的車輛,尤其適合改裝。

房車賽的賽車在改裝時要拆除空調壓縮機,而方程式(Formula)賽車,甚至連啟動馬達、機油泵都改成外部連接,目的都是為了減少對引擎造成的負擔。

依靠發動機動力帶動的機械增壓器,與以上部件一樣,都會給發動機帶來額外的負擔。因此,增壓器本身的運轉阻力必須越小越好,才不會拖累引擎的工作效率,發動機轉速提升才能更快。

然而,機械增壓器的進風量與阻力成正比關系。當使用高增壓時,雖然引擎輸出的能量大增,但相對增壓器內部葉片受風阻力也會升高,當阻力達到某一界限時,這個阻力會使引擎承受極大的負荷,嚴重影響轉速的提升。因此,機械增壓必須在增壓值與引擎負荷間取得平衡,以避免高增壓帶來的負面效應。

目前,歐洲設計的機械增壓多為介于0.3-0.5bar的低增壓,著重在低轉速扭力輸出與中高轉速“高原型”馬力輸出。而臺灣“特嘉”研發的新式高效率增壓器可以產生0.6-1.2bar 的中度增壓值,動力提升的幅度更為顯著。雖然機械增壓系統在現階段仍然無法突破1.5bar 的高增壓范圍,而渦輪增壓早已突破2.2bar 的超高壓境界,單就效率而言,渦輪增壓系統可以用“倍數”來提升引擎輸出,但要付出的金錢、維護,以及周邊整合也是機械增壓的數倍,孰優孰劣,就請各位讀者自行評斷。

at present, the European design of the supercharger is mostly between 0.3-0.5bar low pressure, focusing on low speed torque output and high speed "Plateau" horsepower output. A new type high-efficiency turbocharger and moderate pressure Taiwan Tejia could produce 0.6-1.2bar "research value, amplitude dynamic increase more significantly. Although the mechanical pressurization system at this stage is still unable to break the 1.5bar high pressure range, and turbo 2.2bar has already exceeded the ultra high pressure state, single for efficiency, turbocharging system can improve engine output with "multiple", but to pay the money, maintenance, and peripheral integration is also supercharged several times, which is good or bad, please the reader to judge.

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