渦輪和機(jī)械增壓器

1、一、 增壓器種類(lèi)一般來(lái)說(shuō)，增壓有三種方式，1、氣波增壓；2、機(jī)械增壓；3、廢氣渦輪增壓。1. 氣波增壓：慣性增壓也可以稱(chēng)為氣波增壓 內(nèi)燃機(jī)裝有特殊設(shè)計(jì)的進(jìn)排氣管(主要是進(jìn)氣管)利用其中氣體運(yùn)動(dòng)的慣性效應(yīng)和波動(dòng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)增壓。這是一種簡(jiǎn)便的方法用在單缸內(nèi)燃機(jī)上效果比較明顯功率最大可提高1015。 2、機(jī)械增壓：機(jī)械渦輪增壓器（Super Charge）之構(gòu)造 機(jī)械增壓器采用皮帶與引擎曲軸皮帶盤(pán)連接，利用引擎轉(zhuǎn)速來(lái)帶動(dòng)機(jī)械增壓器內(nèi)部渦輪葉片，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(jiǎn)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

2、壓系統(tǒng)對(duì)于冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)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。 3、廢氣渦輪增壓：渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮空氣來(lái)增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來(lái)推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來(lái)的空氣，使之增壓進(jìn)入汽缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。二、增壓器之特性1. 機(jī)械渦輪增壓器（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

3、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(pán)之半徑 R2 機(jī)械增壓器皮帶盤(pán)之半徑 由于各類(lèi)引擎的皮帶盤(pán)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，與廢氣渦輪增壓器經(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)械渦輪增壓器轉(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(huì)互相影響，當(dāng)一方運(yùn)轉(zhuǎn)受阻的時(shí)候，必定會(huì)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(chē)輛的引擎最高轉(zhuǎn)速多半維持在7500

4、rpm以下，理想的機(jī)械渦輪增壓器應(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)械渦輪增壓器必須在低轉(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)械渦輪增壓器產(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(guò)看似完美無(wú)缺的機(jī)械渦輪增壓系統(tǒng)，卻有一個(gè)小問(wèn)題存在，由于機(jī)械渦輪增壓器的動(dòng)力來(lái)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(chē)都事先拆除冷氣壓縮機(jī)的原

5、因，若是方程式（formula）賽車(chē)，甚至連激活馬達(dá)、機(jī)油幫浦都改成外部連接，以減少對(duì)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(huì)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(duì)的增壓器內(nèi)部渦輪葉片受風(fēng)阻力也會(huì)升高，當(dāng)阻力達(dá)到某一界限時(shí)，增壓器本身的阻力會(huì)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(lái)的負(fù)面效應(yīng)。 目前歐洲生產(chǎn)的機(jī)械渦輪增壓系統(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，而廢氣

6、渦輪增壓早已突破2.0kg/c的超增壓境界，單就效率而言，廢氣渦輪增壓系統(tǒng)可以用“倍數(shù)”來(lái)提升引擎輸出，但是兩者在結(jié)構(gòu)上無(wú)法相提并論。 高增壓廢氣渦輪增壓系統(tǒng)必須讓引擎承受由負(fù)壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎旱膭×易兓c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(duì)于冷卻、潤(rùn)滑系統(tǒng)的要求也遠(yuǎn)較一般引擎來(lái)得高，保養(yǎng)間隔短、手續(xù)繁雜、工作壽命短.等等都是高增壓值廢氣渦輪增壓引擎的缺點(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)械渦輪增壓系統(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(chē)廠在近年都有開(kāi)發(fā)機(jī)械渦輪增壓引擎的計(jì)劃，例如：BENZ、Jaugar、Asto

7、n Martin.等等歐洲高級(jí)車(chē)廠都采用機(jī)械渦輪增壓系統(tǒng)來(lái)延長(zhǎng)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(kāi)發(fā)費(fèi)用。 為什么會(huì)出現(xiàn)渦輪增壓和機(jī)械增壓的稱(chēng)呼，原因是為了簡(jiǎn)便的稱(chēng)呼，和為了避免重復(fù)，所以就把廢氣渦輪增壓系統(tǒng)與機(jī)械渦輪增壓系統(tǒng)說(shuō)成了渦輪增壓與機(jī)械增壓，而全稱(chēng)其實(shí)更好的說(shuō)明了工作原理導(dǎo)致的名稱(chēng)不同；一個(gè)是靠廢氣推動(dòng)渦輪、一個(gè)是靠機(jī)械方式推動(dòng)渦輪。最新的技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始可以通過(guò)一個(gè)電磁開(kāi)關(guān)讓機(jī)械渦輪增壓系統(tǒng)在引擎任意轉(zhuǎn)速介入防止低轉(zhuǎn)扭矩的損失，和高轉(zhuǎn)的氣阻問(wèn)題。swift racing提供的stage 4的supercharger已經(jīng)是20psi, 大約1。4kg,

8、 美國(guó)的supercharger制造廠也有賣(mài)很多40psi 大約2。8kg 的supercharger。慣性增壓也可以稱(chēng)為氣波增壓 內(nèi)燃機(jī)裝有特殊設(shè)計(jì)的進(jìn)排氣管(主要是進(jìn)氣管)利用其中氣體運(yùn)動(dòng)的慣性效應(yīng)和波動(dòng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)增壓。這是一種簡(jiǎn)便的方法用在單缸內(nèi)燃機(jī)上效果比較明顯功率最大可提高1015。 機(jī)械渦輪增壓使用車(chē)型：     阿斯頓 馬丁 DB7 3.2 六缸和 Vantage 5.3 V8      通用3.8

9、60;V6      捷豹 4.0 V8      奔馳 2.0 和2.3 四缸     馬自達(dá) Miller Cycle V6      斯巴魯 Pleo 0.66 four 機(jī)械增壓+渦輪增壓：大眾的雙增壓技術(shù) 機(jī)械增壓有助于低轉(zhuǎn)速時(shí)的

10、扭力輸出，但是高轉(zhuǎn)速時(shí)功率輸出有限，而廢氣渦輪增壓在高轉(zhuǎn)速時(shí)擁有強(qiáng)大的功率輸出，但低轉(zhuǎn)速時(shí)則力不從心。發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)師們于是設(shè)想著把機(jī)械增壓和渦輪增壓結(jié)合在一起，來(lái)解決兩種技術(shù)各自的不足，同時(shí)解決低速扭矩輸出的問(wèn)題和高速功率輸出的問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)在1985年的藍(lán)奇亞S4賽車(chē)被采用，并獲得了巨大的成功。但這種技術(shù)僅限于不計(jì)成本的賽車(chē)，由于其工藝極其復(fù)雜，成本非常高，很難運(yùn)用到量產(chǎn)車(chē)型上。2005年，大眾開(kāi)始將這一套技術(shù)裝配量產(chǎn)的民用車(chē)型上。高爾夫1.4 TSI車(chē)型，就裝配了這套系統(tǒng)被稱(chēng)作“雙增壓”的系統(tǒng)。這種雙增壓系統(tǒng)實(shí)際上是設(shè)計(jì)師在機(jī)械增壓技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它是一套結(jié)合了機(jī)械增壓和渦

11、輪增壓的系統(tǒng)，兼顧了低速是的扭力輸出和高速時(shí)的功率輸出。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由機(jī)械增壓提供大部分的增壓壓力，這些壓力也用來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器，因此渦輪增壓器的啟動(dòng)更平順，響應(yīng)速度更快。在1500rpm時(shí)，兩個(gè)增壓器同時(shí)提供增壓壓力，其總增壓值達(dá)到2.5bar（如果渦輪增壓器單獨(dú)工作，只能產(chǎn)生1.3bar的增壓壓力）。隨著轉(zhuǎn)速的提高，渦輪增壓器能使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得更大的功率，與此同時(shí)，機(jī)械增壓器的增壓壓力逐漸降低。在轉(zhuǎn)速超過(guò)3500rpm時(shí)，由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力，此時(shí)機(jī)械增壓器在電磁離合器的作用下完全與發(fā)動(dòng)機(jī)分離，防止消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 1.4升的高爾夫發(fā)動(dòng)機(jī)在雙增壓器的作用下能產(chǎn)生170匹馬力

12、和177IBFT的扭力。相當(dāng)于一臺(tái)2.3升自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，但油耗卻降低了20。    優(yōu)點(diǎn)：適合全部工況    缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜    使用車(chē)型：大眾 Golf GT 1.4TSI機(jī)械增壓+渦輪增壓：大眾的雙增壓技術(shù)    機(jī)械增壓有助于低轉(zhuǎn)速時(shí)的扭力輸出，但是高轉(zhuǎn)速時(shí)功率輸出有限，而廢氣渦輪增壓在高轉(zhuǎn)速時(shí)擁有強(qiáng)大的功率輸出，但低轉(zhuǎn)速時(shí)則力不從心。發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)師們于是設(shè)想著把機(jī)械增壓和渦輪增壓結(jié)合在一起

13、，來(lái)解決兩種技術(shù)各自的不足，同時(shí)解決低速扭矩輸出的問(wèn)題和高速功率輸出的問(wèn)題。這項(xiàng)技術(shù)在1985年的藍(lán)奇亞S4賽車(chē)被采用，并獲得了巨大的成功。但這種技術(shù)僅限于不計(jì)成本的賽車(chē)，由于其工藝極其復(fù)雜，成本非常高，很難運(yùn)用到量產(chǎn)車(chē)型上。    2005年，大眾開(kāi)始將這一套技術(shù)裝配量產(chǎn)的民用車(chē)型上。高爾夫1.4 TSI車(chē)型，就裝配了這套系統(tǒng)被稱(chēng)作“雙增壓”的系統(tǒng)。這種雙增壓系統(tǒng)實(shí)際上是設(shè)計(jì)師在機(jī)械增壓技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它是一套結(jié)合了機(jī)械增壓和渦輪增壓的系統(tǒng)，兼顧了低速是的扭力輸出和高速時(shí)的功率輸出。    在低轉(zhuǎn)速時(shí)，由機(jī)械增壓提供大部分的增壓壓力，這些壓力也用來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器，因此渦輪增壓器的啟動(dòng)更平順，響應(yīng)速度更快。    在1500rpm時(shí)，兩個(gè)增壓器同時(shí)提供增壓壓力，其總增壓值達(dá)到2.5bar（如果渦輪增壓器單獨(dú)工作，只能產(chǎn)生1.3bar的增壓壓力）。    隨著轉(zhuǎn)速的提高，渦輪增壓器能使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得更大的功率，與此同時(shí)，機(jī)械增壓器的增壓壓力逐漸降低。    在轉(zhuǎn)速超過(guò)3500rpm時(shí)，由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力，此時(shí)機(jī)械增壓器在電磁離合器的作用下完