機(jī)械增壓的工作原理是?

最佳答案

裝用在汽車上的增壓器，起初都是機(jī)械增壓，在剛發(fā)明時(shí)被稱超級增壓器(Supercharge)，后來渦輪增壓發(fā)明之后為了區(qū)別兩者，起初渦輪增壓器被稱為Turbo Supercharger，機(jī)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(jī)械增壓器壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)力來自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸。一般都是利用皮帶連接曲軸皮帶輪，以曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)的扭力帶動(dòng)增壓器，達(dá)到增壓目的。根據(jù)構(gòu)造不同，機(jī)械增壓曾經(jīng)出現(xiàn)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(xiàn)在較為常見的為前兩種。 魯茲增壓器有雙葉、三葉轉(zhuǎn)子兩種型式，目前以雙葉轉(zhuǎn)子較普遍，其構(gòu)造是在橢圓形的殼體中裝兩個(gè)繭形的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子之間保有極小的間隙而不直接接觸。兩轉(zhuǎn)子借由螺旋齒輪連動(dòng)，其中一個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)的皮帶輪連接，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的皮帶輪上裝有電磁離合器，在不需要增壓時(shí)即放開離合器以停止增壓。離合器的開合則由計(jì)算機(jī)控制以達(dá)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(yùn)作方式主要是利用三個(gè)可根據(jù)不同離心力而改變轉(zhuǎn)速的行星齒輪組帶動(dòng)進(jìn)氣葉片。透過齒輪組與葉片軸心的相互磨擦，提高軸心轉(zhuǎn)速并進(jìn)一步提高進(jìn)氣葉片的速度，以獲得持續(xù)不斷的增壓反應(yīng)。換句話說，就是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速愈高，進(jìn)氣葉片的轉(zhuǎn)速也能跟著提高。 機(jī)械增壓的特性: 機(jī)械增壓與渦輪增壓在動(dòng)力輸出上有著明顯的區(qū)別，前者有接近自然進(jìn)氣的線性輸出，而后者則因?yàn)橛袦u輪遲滯的現(xiàn)象，出力相對多一點(diǎn)突兀，沒那么線性。 因?yàn)闄C(jī)械增壓的作動(dòng)原理，使其在低轉(zhuǎn)速下便可獲得增壓。增壓的動(dòng)力輸出也與曲軸轉(zhuǎn)速成一定的比例，即機(jī)械增壓引擎的動(dòng)力輸出隨著轉(zhuǎn)速的提高，也隨之增強(qiáng)。因此機(jī)械增壓引擎的出力表現(xiàn)與自然氣極為相似，卻能擁有較大的馬力與扭力。 由于機(jī)械增壓器采用皮帶驅(qū)動(dòng)的特性，因此增壓器內(nèi)部葉片轉(zhuǎn)速與引擎轉(zhuǎn)速是完全同步的，基礎(chǔ)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(jī)械增壓器皮帶盤之半徑 而機(jī)械增壓器由于利用引擎轉(zhuǎn)速來帶動(dòng)機(jī)械增壓器內(nèi)部機(jī)構(gòu)。其整體結(jié)構(gòu)簡單，工作溫度介于70℃ -100℃，比起靠廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器的400℃ -900℃的高溫工作環(huán)境要舒服得多。因此，機(jī)械增壓系統(tǒng)對于冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)的要求與NA 引擎基本相同，機(jī)件保養(yǎng)程序也大同小異。 此外，機(jī)械增壓優(yōu)點(diǎn)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(shè)計(jì)的車輛，尤其適合改裝。 房車賽的賽車在改裝時(shí)要拆除空調(diào)壓縮機(jī)，而方程式(Formula)賽車，甚至連啟動(dòng)馬達(dá)、機(jī)油泵都改成外部連接，目的都是為了減少對引擎造成的負(fù)擔(dān)。 依靠發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力帶動(dòng)的機(jī)械增壓器，與以上部件一樣，都會給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來額外的負(fù)擔(dān)。因此，增壓器本身的運(yùn)轉(zhuǎn)阻力必須越小越好，才不會拖累引擎的工作效率，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升才能更快。 然而，機(jī)械增壓器的進(jìn)風(fēng)量與阻力成正比關(guān)系。當(dāng)使用高增壓時(shí)，雖然引擎輸出的能量大增，但相對增壓器內(nèi)部葉片受風(fēng)阻力也會升高，當(dāng)阻力達(dá)到某一界限時(shí)，這個(gè)阻力會使引擎承受極大的負(fù)荷，嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)速的提升。因此，機(jī)械增壓必須在增壓值與引擎負(fù)荷間取得平衡，以避免高增壓帶來的負(fù)面效應(yīng)。 目前，歐洲設(shè)計(jì)的機(jī)械增壓多為介于0.3-0.5bar的低增壓，著重在低轉(zhuǎn)速扭力輸出與中高轉(zhuǎn)速“高原型”馬力輸出。而臺灣“特嘉”研發(fā)的新式高效率增壓器可以產(chǎn)生0.6-1.2bar 的中度增壓值，動(dòng)力提升的幅度更為顯著。雖然機(jī)械增壓系統(tǒng)在現(xiàn)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(tǒng)可以用“倍數(shù)”來提升引擎輸出，但要付出的金錢、維護(hù)，以及周邊整合也是機(jī)械增壓的數(shù)倍，孰優(yōu)孰劣，就請各位讀者自行評斷。 機(jī)械增壓: 針對自然進(jìn)氣(NA)引擎在高轉(zhuǎn)速區(qū)域會出現(xiàn)進(jìn)氣效率低落的問題，從最基本的關(guān)鍵點(diǎn)著手，也就是想辦法提升進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣壓力，以克服氣門干涉阻力，雖然進(jìn)氣歧管、氣門、凸輪軸的尺寸不變，但由于進(jìn)氣壓力增加的結(jié)果，讓每次氣門開啟時(shí)間內(nèi)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(qiáng)大，這就是增壓(Charge)的基本原理。 現(xiàn)今運(yùn)用在汽車的增壓系統(tǒng)有兩大主流 機(jī)械增壓(Super Charge)、渦輪增壓(Turbo Charge) 本文將機(jī)械增壓方式，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。 機(jī)械增壓器(Super Charge)之構(gòu)造 機(jī)械增壓器采用皮帶與引擎曲軸皮帶盤連接，利用引擎轉(zhuǎn)速來帶動(dòng)機(jī)械增壓器內(nèi)部葉片，以產(chǎn)生增壓空氣送入引擎進(jìn)氣歧管內(nèi)，整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單，工作溫度界于70℃-100℃，不同于渦輪增壓器靠引擎排放的廢氣驅(qū)動(dòng)，必須接觸400℃-900℃的高溫廢氣，因此機(jī)械增壓系統(tǒng)對于冷卻系統(tǒng)、潤滑油脂的要求與NA自然進(jìn)氣引擎相同，機(jī)件保養(yǎng)程序大同小異。 機(jī)械增壓器(Super Charge)之特性 由于機(jī)械增壓器采用皮帶驅(qū)動(dòng)的特性，因此增壓器內(nèi)部葉片轉(zhuǎn)速與引擎轉(zhuǎn)速是完全同步的，基礎(chǔ)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(jī)械增壓器皮帶盤之半徑 由于各類引擎的皮帶盤尺寸差異不大，同時(shí)受限于引擎安裝空間，因此機(jī)械增壓器的工作轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于30,000rpm，與渦輪增壓器經(jīng)常處于100,000rpm以上超高轉(zhuǎn)域的情形相去甚遠(yuǎn)，同時(shí)機(jī)械增壓器轉(zhuǎn)速是完全連動(dòng)于引擎轉(zhuǎn)速，兩者呈現(xiàn)平起平坐的現(xiàn)象，形成一組穩(wěn)定之等差數(shù)線，而且增壓器與引擎之間會互相影響，當(dāng)一方運(yùn)轉(zhuǎn)受阻的時(shí)候，必定會藉由皮帶傳輸而影響另一方的運(yùn)作，這就是機(jī)械增壓器的特性。 由于制造成本的限制，市售車輛的引擎最高轉(zhuǎn)速多半維持在7500rpm以下，理想的機(jī)械增壓器應(yīng)該在1000rpm-7500rpm的引擎工作區(qū)域之內(nèi)，產(chǎn)生一足夠且穩(wěn)定之增壓值，讓引擎輸出提升20-40%，因此機(jī)械增壓器必須在低轉(zhuǎn)速就產(chǎn)生增壓效應(yīng)，通常引擎一脫離怠速區(qū)域，在1000rpm-1300rpm即能帶動(dòng)機(jī)械增壓器產(chǎn)生增壓效果，并延續(xù)至引擎最高轉(zhuǎn)速，因此整體增壓曲線是呈現(xiàn)一緩步上升之平滑曲線，經(jīng)由供油程序與泄壓閥的調(diào)整，即可達(dá)成“高原型”引擎輸出功率曲線的目標(biāo)。 不過看似完美無缺的機(jī)械增壓系統(tǒng)，卻有一個(gè)小問題存在，由于機(jī)械增壓器的動(dòng)力來源完全依靠引擎帶動(dòng)，而引擎的負(fù)擔(dān)越輕，轉(zhuǎn)速提升就越快，這就是為什么比賽用房車都事先拆除冷氣壓縮機(jī)的原因，若是方程式(formula)賽車，甚至連激活馬達(dá)、機(jī)油幫浦都改成外部連接，以減少對引擎造成的負(fù)擔(dān)，因此增壓器本身的運(yùn)轉(zhuǎn)阻力必須越小越好，才不會拖累引擎的工作效率。 然而增壓器產(chǎn)生的能量(增壓值)與阻力成正比關(guān)系，如果一味追求增壓值，雖然引擎輸出的能量大增，但是相對的增壓器內(nèi)部葉片受風(fēng)阻力也會升高，當(dāng)阻力達(dá)到某一界限時(shí)，增壓器本身的阻力會讓引擎承受極大的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響引擎轉(zhuǎn)速的提升，因此設(shè)計(jì)師必須在增壓值與引擎負(fù)擔(dān)之間取得妥協(xié)，以避免高增壓系統(tǒng)帶來的負(fù)面效應(yīng)。 目前歐洲生產(chǎn)的機(jī)械增壓系統(tǒng)多半采取0.3-0.5kg/c㎡的低增壓，著重在于低轉(zhuǎn)速扭力輸出與中高轉(zhuǎn)速“高原型”馬力輸出，而臺灣“特嘉”研發(fā)的新式低阻抗增壓器可以產(chǎn)生0.6-0.9kg/c㎡的中度增壓值，動(dòng)力提升的幅度更為顯著，雖然機(jī)械增壓系統(tǒng)在現(xiàn)階段仍然無法突破1.0kg/c㎡的高增壓范圍，而渦輪增壓早已突破2.0kg/c㎡的超增壓境界，單就效率而言，渦輪增壓系統(tǒng)可以用“倍數(shù)”來提升引擎輸出，但是兩者在結(jié)構(gòu)上無法相提并論。 高增壓渦輪增壓系統(tǒng)必須讓引擎承受由負(fù)壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎旱膭×易兓�與高壓，因此引擎內(nèi)部機(jī)件的材質(zhì)與加工精密度要求很高，對于冷卻、潤滑系統(tǒng)的要求也遠(yuǎn)較一般引擎來得高，保養(yǎng)間隔短、手續(xù)繁雜、工作壽命短..等等都是高增壓值渦輪引擎的缺點(diǎn)。 在引擎機(jī)件維持原有形式，不用額外制造高單價(jià)精密機(jī)件的情形下，機(jī)械增壓系統(tǒng)可以讓引擎動(dòng)力輸出增進(jìn)20-40%，又不至于造成維修體系的負(fù)擔(dān)，因此各大車廠在近年都有開發(fā)機(jī)械增壓引擎的計(jì)劃，例如:BENZ、Jaugar、Aston Martin..等等歐洲高級車廠都采用機(jī)械增壓系統(tǒng)來延長現(xiàn)有引擎的生產(chǎn)壽命，并達(dá)成環(huán)保、省油、高效率的目標(biāo)，以大幅節(jié)省新引擎的開發(fā)費(fèi)用。 機(jī)械增壓的種類 機(jī)械增壓共分為3類 離心式機(jī)械增壓(Centrifugal Superchargers):這種機(jī)械增壓與渦輪增壓很像，只不過它不是用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣驅(qū)動(dòng)，而是用發(fā)動(dòng)機(jī)的皮帶帶動(dòng)。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(dá)到壓縮空氣的目的。 基本式機(jī)械增壓(Roots Superchargers):你經(jīng)常能在60到70年代的肌肉車上看到看到這東西，它從發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上的突非常明顯，正如圖中這輛野馬跑車一樣。這種機(jī)械增壓將空氣吸入增壓器內(nèi)部，有兩個(gè)螺旋狀葉片將空氣壓縮，之后送到進(jìn)氣歧管里。這種機(jī)械增壓能提供強(qiáng)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(gè)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(dāng)空氣被吸入增壓器時(shí)，被螺旋狀葉片強(qiáng)壓入進(jìn)氣歧管內(nèi)。這種形式的增壓器對于提升各個(gè)轉(zhuǎn)速的馬力都很有效

回答者：trangariets2016-09-23 00:00