机械增压是指针对自然进气引擎在高转速区域会出现进气效率低落的问题,从最基本的关键点着手,也就是想办法提升进气歧管内的空气压力,以克服气门干涉阻力,虽然进气歧管、气门、凸轮轴的尺寸不变,但由于进气压力增加的结果,让每次气门开启时间内能挤入燃烧室的空气增加了,因此喷油量也能相对增加,让引擎的工作能量比增压之前更为强大。
1 机械增压的名词解释

机械增压是指针对自然进气引擎在高转速区域会出现进气效率低落的问题,从最基本的关键点着手,也就是想办法提升进气歧管内的空气压力,以克服气门干涉阻力,虽然进气歧管、气门、凸轮轴的尺寸不变,但由于进气压力增加的结果,让每次气门开启时间内能挤入燃烧室的空气增加了,因此喷油量也能相对增加,让引擎的工作能量比增压之前更为强大。

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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。

2 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。

3 机械增压的种类

机械增压共分为3类。

●离心式机械增压(Centrifugal Superchargers):这种机械增压与涡轮增压很像,只不过它不是用发动机的废气驱动,而是用发动机的皮带带动。它和涡轮增压增压原理相同,吸入空气靠离心力把空气加压,以达到压缩空气的目的。

●基本式机械增压(Roots Superchargers):你经常能在60到70年代的肌肉车上看到看到这东西,它从发动机盖上的突非常明显,正如图中这辆野马跑车一样。这种机械增压将空气吸入增压器内部,有两个螺旋状叶片将空气压缩,之后送到进气歧管里。这种机械增压能提供强大的扭矩输出。它在加速比赛和街道竞赛中十分流行。

●螺旋式增压器(Screw Superchargers):这个形式的增压器是基本型的派生出来的,而且也长得很像,但它们的吸气压缩方式却截然不同。当空气被吸入增压器时,被螺旋状叶片强压入进气歧管内。这种形式的增压器对于提升各个转速的马力都很有效。

4 机械增压器在发动机的安装

机械增压器在汽油机上的安装情况跟涡轮增压器一样,也可以带中间冷却器。这台机械增压器有个特殊设计的旁通阀,它是由发动机节气门产生的真空度操纵。当发动机不需增压时,这个旁通阀就会使增压空气进行环流,以便节省能源。发动机进气系统跟安装机械增压器的底座连成一体。由于每台发动机都有独特的安装要求,所以大多机械增压器都被设计成用于特定的发动机。

责任编辑:余伟楚
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