機械增壓是指針對自然進氣引擎在高轉速區域會出現進氣效率低落的問題,從最基本的關鍵點著手,也就是想辦法提升進氣歧管內的空氣壓力,以克服氣門干涉阻力,雖然進氣歧管、氣門、凸輪軸的尺寸不變,但由于進氣壓力增加的結果,讓每次氣門開啟時間內能擠入燃燒室的空氣增加了,因此噴油量也能相對增加,讓引擎的工作能量比增壓之前更為強大。

機械增壓是指針對自然進氣引擎在高轉速區域會出現進氣效率低落的問題,從最基本的關鍵點著手,也就是想辦法提升進氣歧管內的空氣壓力,以克服氣門干涉阻力,雖然進氣歧管、氣門、凸輪軸的尺寸不變,但由于進氣壓力增加的結果,讓每次氣門開啟時間內能擠入燃燒室的空氣增加了,因此噴油量也能相對增加,讓引擎的工作能量比增壓之前更為強大。

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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。

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。

機械增壓共分為3類。

●離心式機械增壓(Centrifugal Superchargers):這種機械增壓與渦輪增壓很像,只不過它不是用發動機的廢氣驅動,而是用發動機的皮帶帶動。它和渦輪增壓增壓原理相同,吸入空氣靠離心力把空氣加壓,以達到壓縮空氣的目的。

●基本式機械增壓(Roots Superchargers):你經常能在60到70年代的肌肉車上看到看到這東西,它從發動機蓋上的突非常明顯,正如圖中這輛野馬跑車一樣。這種機械增壓將空氣吸入增壓器內部,有兩個螺旋狀葉片將空氣壓縮,之后送到進氣歧管里。這種機械增壓能提供強大的扭矩輸出。它在加速比賽和街道競賽中十分流行。

●螺旋式增壓器(Screw Superchargers):這個形式的增壓器是基本型的派生出來的,而且也長得很像,但它們的吸氣壓縮方式卻截然不同。當空氣被吸入增壓器時,被螺旋狀葉片強壓入進氣歧管內。這種形式的增壓器對于提升各個轉速的馬力都很有效。

機械增壓器在汽油機上的安裝情況跟渦輪增壓器一樣,也可以帶中間冷卻器。這臺機械增壓器有個特殊設計的旁通閥,它是由發動機節氣門產生的真空度操縱。當發動機不需增壓時,這個旁通閥就會使增壓空氣進行環流,以便節省能源。發動機進氣系統跟安裝機械增壓器的底座連成一體。由于每臺發動機都有獨特的安裝要求,所以大多機械增壓器都被設計成用于特定的發動機。

責任編輯:余偉楚
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