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涡轮增压和机械增压讲解

国际金属加工网 2020-01-18
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涡轮增压器是透过引擎排放的废气来驱动增压器内部的涡轮叶片,进而达到为进气增压的效果。由于是利用引擎废气来做为运转的动力,因此涡轮增压的方式可以说是无中生有,在不耗损引擎动力之下增加引擎动力,为目前最有效率的增压方式。

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不过,靠着高温排气驱动的涡轮增压会较容易让引擎以及周边零件出现过热问题而降低零件寿命,而进气系统也一定要增加冷却器来降低进气温度。这让采用涡轮增压配置的引擎有着较复杂的结构、更多的零组件,因此制造成本也更高。另外,安装在排气管路的涡轮增压器也会对排气声浪产生抑制的作用,使得涡轮引擎的引擎声浪会比自然进气与机械增压逊色。

性能方面,涡轮增压器在引擎低转速时会因为排气流量较低,造成增压不足而产生涡轮迟滞(Turbo Lag)的现象,也因为如此,早期涡轮引擎的输出通常较不线性,并且会有动力突然涌现的状况,让车辆难以驾驭。所幸近年来在涡轮技术的改良之下,涡轮迟滞的现象已经能够靠着可变涡轮叶片等方式来减轻,因此现在高效率的涡轮增压才会成为市场主流。

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涡轮增压发展至今,除了最普遍的单涡轮增压之外,也出现了效率更高的双涡轮增压以及双涡流涡轮增压。双涡轮增压通常会配置一大一小的涡轮增压器,在低转速时推动较小的涡轮,高转速时则由较大的涡轮接手为引擎提供足够的进气增压。双涡流涡轮则是会将汽缸分为两组,分别导向两个不同的涡轮排气管路,这个做法能够避免不同排气顺序的气流互相干扰,持续以最大的排气压力来推动涡轮叶片,提高涡轮运转的效率、减少涡轮迟滞现象。

▼双涡流涡轮在排气端会有两道排气管路,藉由不同汽缸的排气顺序持续的推动涡轮叶片

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机械增压

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机械增压得名于使用纯机械的方式来带动增压器运转,无论是最传统的鲁式增压器(Roots Type)、双螺旋增压器(Twin Screw Type)或者是离心式增压器(Centrifugal Type),都需要透过引擎本身的皮带来带动内部的螺旋转子或者涡轮叶片为引擎带入更多的空气。

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上述的三种机械增压当中,鲁式增压器是最早期的机械增压设计,体积大、效率较低,由于内部转子的设计,其增压过程为间歇式而非连续不间断的为进气增压。双螺旋增压器则是鲁式增压器的改良,内部转子改为双螺旋设计,因为能够连续为进气增压,因此效率更好,但是制造成本也提高。上述两种机械增压器都会产生特殊的运转蜂鸣声,因此需要透过特殊的减噪技术来降低运转噪音。

至于离心式增压器在结构上则和涡轮增压器非常相似,只不过其涡轮叶片是由引擎皮带与变速齿轮来带动。一般来说,离心式增压器的体积小,运转效率和增压值也较前述两种机械增压器高,因此多半会额外加装冷却系统来降低进气温度。

▼离心式的机械增压外型和涡轮相当类似,结构也几乎相同,只不过是藉由皮带与变速齿轮来带动涡轮叶片

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由于是以引擎带动,因此机械增压会耗损掉些许引擎动力,但是机械增压器为引擎增加的输出仍然能够轻易弥补这些耗损的动力。不过,机械增压固然能够提高引擎的整体输出,但是在引擎在高转速时的效率却也会逊于涡轮增压。

撇除上述的缺点,机械增压还是有着不少优势。机械增压器的结构与所需零件都比涡轮增压器来的简单,这让机械增压较为易于安装及维修。由于机械增压是以引擎曲轴带动,因此增压程度会随着引擎转速上升而同步增加,让机械增压没有涡轮迟滞的问题,输出与油门反应也和自然进气引擎一样线性。此外,机械增压并不需要更动排气系统,因此能够和自然进气引擎拥有一样的悦耳排气声浪,也不必像涡轮引擎一样有着高温的问题。

双增压系统

双增压系统(Twincharger)乃是整合了涡轮增压与机械增压的一套增压系统,在低转速时以机械增压负责为引擎提供足够的增压值,高转速时则由涡轮增压器接手,确保引擎高转时的增压效率。双增压引擎有着极佳的性能与优异的输出特性,但是两套增压系统却也大幅增加了引擎结构的复杂程度、重量以及制造成本,因此现在已经较少汽车制造商采用这种增压系统。


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