安博电竞
安博电竞为民族工业造"芯"
带你认识增压发动机(2):机械增压器
来源:安博电竞    发布时间:2023-12-14 02:59:29

  [太平洋汽车网 导购频道]在上篇中,我们对增压器的由来进行了介绍。增压器的出现是为了弥补发动机固有的特点:吸不饱空气。增压器的种类有很多,我们常见的是机械增压涡轮增压两种。本篇我们就针对机械增压器进行介绍。

  在描述机械增压的时候,网友经常能看到增压值这个指标。这是衡量一个增压器作用最重要的指标,一般用bar来表示。我们没必要太精确地了解这个单位,只需知道1bar大致等同于1个大气压,也就是说如果增压器的增压值是1bar,也就是给空气额外增加了一倍的压力。有必要注意一下的是,这个1bar并不是一个绝对数,而是相对的。如果去到高海拔地区,增压的效果肯定就没有1bar了。

  在国内,Supercharger被翻译为机械增压。但就Supercharger这个词汇而言,在国外的含义是很丰富的,只是因为在引入国内的增压器中,Supercharger是属于那种由机械直接带动的增压器,因此被广泛称为“机械增压”。

  早期的机械增压器被用在工业设施上,1908年首先使用在赛车上,极速已达到了160Km/h。1921年,奔驰就生产出第一款量产的机械增压车型,随后的机械增压被大范围的应用于汽车和飞机上。因为结构简单容易实现,所有早期的增压车型都是用机械增压器。

  机械增压的工作原理很简单,增压器前端的皮带轮与发动机直接和发动机曲轴皮带轮连接,当发动机转动时,增压器就会直接被带动。 为提升增压器的转速,其皮带轮必然会小于曲轴所带动的皮带轮。增压器的转速一般会高于发动机曲轴的2.5倍以上,个别高增压的增压器能达到曲轴转速的5倍以上,也就是几万转/分钟。

  目前应用最多的机械增压是罗兹式(Roots)增压器。这种增压器转子之间保有极小的间隙而不直接相连,转子由两个大小相同,互相啮合的齿轮连动,转动起来方向刚好相反,产生压缩空气的动作。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,在不需要增压时会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以及减少噪音的目的。

  以前普遍采用3叶片的转子,但现在开始使用4叶片的转子,配合更为精准。叶片的形状对增压器的效率有极大影响,造工要求极高。无论是叶片的数量,还是叶片的形状的变化,最终都是为提升增压效率。

  除了罗茨式增压器,还有一种离心式增压器也被普遍的使用,特别是在改装车上,这种增压器的慢慢的受到重视。离心式增压器的样子长得跟蜗牛一样(实际上和涡轮增压的原理是一样的,关于涡轮增压我们后面再讲)。增压器里面只有一个离心式叶片,在非常快速地旋转的过程中就把空气给压缩了。

  很显然,这种增压器的特点结构更简单,不像罗茨式需要两个转子,因此体积更小,布置更方便。不过这种增压器工作的时候会带有高频噪音,并且随着转速提高而愈发尖锐。为了达到有效的增压值,离心式增压器的转速普遍比罗茨式的偏高,通常能高于曲轴转速5倍以上。

  机械增压器由于受到转速和消耗功率的影响,其增压值很少超过1bar,一般在0.3-0.5bar之间,超过0.5bar的已经算高了。例凯迪拉克CTS-V 使用的第六代Eaton Gen 机械增压器的最大增压值达到0.62 bar,而Mini CooperS R53上的机械增压值能够达到0.8,在机械增压中算是很高的增压值了。(新一代的MiniCooper S已经换上了涡轮增压)

  由于机械增压采用皮带轮直接带动,也就是随油门踏板踏下,发动机转速上升的瞬间,增压也是同步的。这就给予了驾驶者非常直接的驾驶体验。于此同时,因为在发动机低转速下就直接工作,机械增压发动机的低俗扭矩特别好,很适合用于排气量大、注重中低转速扭力输出的引擎。因此,机械增压更为那些需要平稳动力输出、中低扭矩强劲的豪华车所使用。

  机械增压的好处是容易布置,机械相对独立。工作时候的温度低,基本不需要额外的润滑和冷却系统。例如很多V缸发动机,可以直接将增压器安装在两个气缸组之间的夹角里,非常方便。

  由于结构相对比较简单,机械增压很适合用于改装。只要增压值不大,发动机缸体无需任何的改动,就可以加装机械增压器,只需要稍微调整发动机控制电脑,改变喷油和点火即可。

  机械增压最大的缺点在于会消耗发动机产生的功率。目前大多数机械增压会消耗掉发动机输出功率的7%,并且随着转速的上升飞速增加。而提升发动机的功率大概在30%-50%之间,因此,机械增压发动机的转速往往不能过高,需要平衡增压器带来的负面影响。

  机械增压的制造受制于叶片的设计和整体的强度。除了驱动齿轮之外,所有零部件都需要高强度的铝合金一体压铸成型,成本非常高。体积和重量也不小,因此更倾向于在大排量的发动机上使用。

  尽管机械增压是一种古老而悠久的增压方式,不过在技术进步的推动下,体积更小,效率更高的涡轮增压开始大规模使用,似乎有着取代机械增压的气势,这将在下一期中介绍。

上一篇:一致光滑油小讲堂:关于涡轮增压发动机的保养共享