问机械涡轮增压和废气涡轮增压的工作原理

机械增压工作原理2007年12月23日 星期日 06:28 P.M.针对自然进气（NA）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，这就是增压（Charge）的基本原理。 现今运用在汽车的增压系统有两大主流 机械增压（Super Charge）、涡轮增压（Turbo Charge） 本文将机械增压方式，并分析其优缺点。 机械增压器（Super Charge）之构造 机械增压器采用皮带与引擎曲轴皮带盘连接，利用引擎转速来带动机械增压器内部叶片，以产生增压空气送入引擎进气歧管内，整体结构相当简单，工作温度界于70℃-100℃，不同于涡轮增压器靠引擎排放的废气驱动，必须接触400℃-900℃的高温废气，因此机械增压系统对于冷却系统、润滑油脂的要求与NA自然进气引擎相同，机件保养程序大同小异。 机械增压器（Super Charge）之特性 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 由于各类引擎的皮带盘尺寸差异不大，同时受限于引擎安装空间，因此机械增压器的工作转速远低于30,000rpm，与涡轮增压器经常处于100,000rpm以上超高转域的情形相去甚远，同时机械增压器转速是完全连动于引擎转速，两者呈现平起平坐的现象，形成一组稳定之等差数线，而且增压器与引擎之间会互相影响，当一方运转受阻的时候，必定会藉由皮带传输而影响另一方的运作，这就是机械增压器的特性。 由于制造成本的限制，市售车辆的引擎最高转速多半维持在7500rpm以下，理想的机械增压器应该在1000rpm-7500rpm的引擎工作区域之内，产生一足够且稳定之增压值，让引擎输出提升20-40%，因此机械增压器必须在低转速就产生增压效应，通常引擎一脱离怠速区域，在1000rpm-1300rpm即能带动机械增压器产生增压效果，并延续至引擎最高转速，因此整体增压曲线是呈现一缓步上升之平滑曲线，经由供油程序与泄压阀的调整，即可达成“高原型”引擎输出功率曲线的目标。 不过看似完美无缺的机械增压系统，却有一个小问题存在，由于机械增压器的动力来源完全依靠引擎带动，而引擎的负担越轻，转速提升就越快，这就是为什么比赛用房车都事先拆除冷气压缩机的原因，若是方程式（formula）赛车，甚至连激活马达、机油帮浦都改成外部连接，以减少对引擎造成的负担，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。 然而增压器产生的能量（增压值）与阻力成正比关系，如果一味追求增压值，虽然引擎输出的能量大增，但是相对的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，增压器本身的阻力会让引擎承受极大的负担，严重影响引擎转速的提升，因此设计师必须在增压值与引擎负担之间取得妥协，以避免高增压系统带来的负面效应。 目前欧洲生产的机械增压系统多半采取0.3-0.5kg/c㎡的低增压，着重在于低转速扭力输出与中高转速“高原型”马力输出，而台湾“特嘉”研发的新式低阻抗增压器可以产生0.6-0.9kg/c㎡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1.0kg/c㎡的高增压范围，而涡轮增压早已突破2.0kg/c㎡的超增压境界，单就效率而言，涡轮增压系统可以用“倍数”来提升引擎输出，但是两者在结构上无法相提并论。 高增压涡轮增压系统必须让引擎承受由负压转变为正压的剧烈变化与高压，因此引擎内部机件的材质与加工精密度要求很高，对于冷却、润滑系统的要求也远较一般引擎来得高，保养间隔短、手续繁杂、工作寿命短..等等都是高增压值涡轮引擎的缺点。 在引擎机件维持原有形式，不用额外制造高单价精密机件的情形下，机械增压系统可以让引擎动力输出增进20-40%，又不至于造成维修体系的负担，因此各大车厂在近年都有开发机械增压引擎的计划，例如：BENZ、Jaugar、Aston Martin..等等欧洲高级车厂都采用机械增压系统来延长现有引擎的生产寿命，并达成环保、省油、高效率的目标，以大幅节省新引擎的开发费用。 通用的LS7+机械增压器 天作之合 废气由于涡轮增压器经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600℃左右，增压器转子以832－1040r／min 的高速旋转，因此为了保证增压器的正常工作，使用中应注意以下几点： 1、不能着车就走。发动机发动后，特别是在冬季，应让其怠速运转一段时间，以便在增压器转子高速运转之前让润滑油充分润滑轴承。所以刚启动后千万不能猛轰油门，以防损坏增压器油封。 2、不能立即熄火。发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的。正在运行的发动机突然停机后，机油压力迅速下降为零，增压器涡轮部分的高温传到中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，因此，发动机热机状态下如果突然停机，会引起涡轮增压器内滞留的机油过热而损坏轴承和轴。所以发动机大负荷、长时间运行后，在熄火前应怠速运转3－5min，让增压器转子的转速降下来以后再熄火。特别要防止猛轰几脚油门后突然熄火。 3、 保持清洁。拆卸增压器时，要保持清洁，各管接头一定要用清洁的布堵塞好，防止杂物掉进增压器内，损坏转子。维修时应注意不要碰撞损坏叶轮，如果需要更换叶轮，应对其做动平衡试验。重新装复完毕后，要取出堵塞物。 4、由于增压器经常处于高温下运转，它的润滑油管线因受高温作用，内部机油容易有部分的结焦，这样会造成增压器轴承的润滑不足而损坏。因此，润滑油管线在运行一段时间后要进行清洗。 5、经常注意检查增压器的运转情况。在出车前、收车后，应检查气道各管的连接情况，防止松动、脱落而造成增压器失效和空气短路进入气缸。 由此可见，发动机经过增压后，零部件的结构进行了强化，从使用、保养方面讲，必须加强发动机的强制保养工作，注意采用正确的操纵方法

进气增压器是以不增加引擎排气量为前提，使动力轮输出提升的方法。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。 涡轮增压则是利用引擎的废气排放来驱动压缩机。最早的增压器全部都是机械增压，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隔两者。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。 涡轮增压原理利用引擎运转时所排出来的废气,用废气来转动涡轮增压器中的排气侧转子,而排气侧转子与进气侧转子(Compressor)是同轴异室,当Turbine转子达到一定转速时(约12000rpm左右)它带动另一侧的Compressor,使Compressor转子引进外来的新鲜空气,经过压缩倒入进气歧管内,因此Turbo车的进气是非自然方式,是经过"吸进来,再压缩"所以空气压力是大于大气压力的。涡轮增压由于是超高转速地运转轴承,随之而来的高温排除或增压过度的泄压就是关键。目前常用的就是机油导入来润滑与冷却轴承,也有用水冷式的。而过高的增压对引擎的压缩行程与动力(爆炸)行程发生时会造成伤害,所以,有机械式地用空气压力作为开关或电子式地用计算机直接控制泄放压力的动作。 机械增压器压缩机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。依构造不同，机械增压会经出现过许多种类，包括叶片式(Vane)、鲁氏(Roots)、温克尔(Wankle)等型式，而活塞运动最早也被认为是一种机械增压，时至今日，则以鲁氏增压器最被广泛使用，更是改装的大热门。鲁氏增压器有双叶与三叶转子两种型式，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相连，藉由螺旋齿轮连动，其中一个转子的转轴与驱动的皮带轮连结，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,离合器则由计算机控制以达到省油的目的。机械增压的特征，除了在低转速便可获得增压外，增压的动力输出也与曲轴转速成一定的比例，即机械增压引擎的油门反应随着转速的提高，动力输出随之增强，因此机械增压引擎的操作感觉与自然气极为相似，却能拥有较大的马力与扭力。 补充回答： 从上文可以看出 涡轮增压在低增压的情况下还能保持较高的平顺性及较少的涡轮延迟，因此在大众／奥迪等等厂家以低增压为主的车型较为大规模的使用。 机械增压则在任何情况下都会有较好的平顺性及反应。但造价较高，因此更多应用在了高档轿车上。 就是这个啦～～

增压的目的就是为了在不增加发动机排量的情况下增加发动机的输出功率和扭矩，使汽车拥有更好的动力性能。目前的增压技术主要有两种：机械增压和涡轮增压，但二者原理却不同。 涡轮增压的全称为废气涡轮增压，一般用“T”表示。涡轮增压是通过排气管出来的高速气体推动转子旋转，从而提高进气管中气流压力的设备。增加气流压力以使更多的空气，也就是更多的氧气进入气缸，这样燃烧就会更加充分，动力也就更大。增压器的两端一边是涡轮，一边则是压气机，废器带动叶片旋转驱动压器机工作，使它向进气管更快，更大量地输送空气。涡轮增压器借助的是高速废气的功能，这部分能量在普通发动机上是白白浪费掉的。借助它的速度，涡轮压器转子可以获得很高的转速，最高转速甚至达到150000rpm上下。 但涡轮增压有个最大的缺点，就是有涡轮迟滞现象：就是在较低转速下时，当踩下油门踏板，发动机不会有较大的动力提升，要等到转速上升到一定程度（一般在2500-3000转），涡轮增压器才开始工作，此时会感觉动力突然上升，但这样往往会影响汽车的乘坐舒适性！ 而机械增压却不同：它的转子不是由发动机的废气驱动，而是直接由皮带连接发动机的曲轴，由发动机的曲轴来驱动。而曲轴又是发动机的动力输出轴，这样机械增压器既增了压，但同时也消耗了一部分动力，所以一般机械增压的增压效率都不高。但是机械增压的最大优点就是没有涡轮增压的涡轮迟滞现象，所以机械增压在低转速下的增压效果比较明显，但是缺点是随着转速的升高其效率也逐渐下降，这与涡轮增压正好相反！