发动机增压技术

发动机增压技术 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、机油泵都改成外部连接，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。

使用涡轮增压发动机的车型现在越来越多，到底什么是涡轮增压发动机，它的基本结构和工作理又如何呢？现在坊间越来越多车迷朋友知道涡轮增压可以提升动力，但却不知道它是如何完成，如果要改装又应如何改动？一切的一切，我们都需要从涡轮增压系统的基本原理谈起。

中华Coupe 1.8T：德国FEV 1.8T涡轮增压... (9.23) 双涡轮增压发动机 奔驰新推F700概念车... (8.10) 解密涡轮增压发动机低速无力的原因 (6.12) 荣威新车W2外形尺寸曝光 将配涡轮增压... (6.4) 影响发动机动力输出的原因有很多，但其中最重要的，莫过于如何把更多的空气塞进汽缸，提高容积效率（更多的空气将带来更大的动力）。排量为3000cc 的引擎所能够产生的马力与扭矩，在理论上必然会比相同设计的2000cc 引擎来得大。那么如何把2.0L 汽缸内的容积效率提升到接近甚至超过3.0L 呢?

NA动力提升方法 一般的NA（自然进气）发动机的做法，逃不开加大节气门口径，或换多喉直喷等，使高转速时可以在同油门深度下，获得更多的空气量。但这种方法在某一转数后，作用就有限了。毕竟NA 发动机的空气是靠真空吸入的。在汽缸容积固定不变的情况下，真空吸入空气有一个相对的限度。

有的NA 发动机改用高角度凸轮轴(Hi Cam，借此增加进排气门重叠角度)，可以在高转速下获得高动力，但缺点是低转的扭矩较差，而且如果角度过大，会有发动机怠速不稳的现象。所以现在不少的新车都用上可变气门正时技术，再配合可变凸轮轴等技术（如VVTL-i、i-VTEC、MIVEC）„„以期在低转扭矩和高转马力之间取得很好的平衡。

但即便是用尽以上方法，发动机的进气效率顶多提高60%。NA 发动机始终无法避免其宿命——空气是被动地被吸入汽缸内的。也就是说，引擎所需的空气完全依靠活塞下行时产生的负压而进入，即便汽缸吸满了空气，缸中气压也就小于或等于一个大气压。所以NA 发动机的升功率始终远不如能将空气与燃油强制送入的汽缸中，可轻松获得一倍以上马力的增压发动机。

涡轮增压系统原理解构 涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一。 如果在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸（燃烧室）进行压缩燃爆动作（小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气，提高容积效率），便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。涡轮增压利用废气驱动，基本没有额外的能量损耗（对发动机没有额外的负担），便能轻易地创造出大马力，是非常聪明的设计。情形就像你拿一台电风扇向汽缸内吹，硬是把风往里面灌，使里面的空气量增多，以得到较大的马力，只是这个扇子不是用电动马达，而是用引擎排出的废气来驱动。

一般而言，引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后，起码都能提升30%-40% 的额外动力，如此惊人的效果就是涡轮增压器令人爱不释手的原因。况且，获得完美的燃烧效率以及让动力得以大幅提升，原本就是涡轮增压系统所能提供给车辆最大的价值所在。

该系统包括涡轮增压器、中冷器、进气旁通阀、排气旁通阀及配套的进排气管道。

涡轮增压系统如何工作？ 我们希望用以下简单的步骤让你明白涡轮增压的工作顺序，从而便能清楚了解涡轮增压系统的工作原理。

一，发动机排出的废气，推动涡轮排气端的涡轮叶轮（Turbine Wheel）②，并使之旋转。由此便能带动与之相连的另一侧的压气机叶轮(Turbine Wheel) ③也同时转动。

二，压气机叶轮把空气从进风口强制吸进，并经叶片的旋转压缩后，再进入管径越来越小的压缩通道作二次压缩，这些经压缩的空气被注入汽缸内燃烧。

三，有的发动机设有中冷器，以此降低被压缩空气的温度、提高密度，防止发动机产生爆震。

四，被压缩（并被冷却后）的空气经进气管进入汽缸，参与燃烧做功。 五，燃烧后的废气从排气管排出，进入涡轮，再重复以上（一）的动作。 所谓机械增压，就是利用发动机的动力来带动一个罗兹压气机，通过发动机本身的动力来压缩空气。它跟空调压缩机很相似。 它的工作原理与发动机机油泵、水泵有些类似，也是与发动机动力相连，只不过压缩的是空气而已。由于它是由发动机来带动的，所以只要发动机在运转，它就可以压缩空气进行工作。

而废气涡轮增压系统是靠排出的废气的动力来推动增压器的扇叶，从而使增压器进行工作的。这个增压器的转速通常能接近10万转/分钟。所以用废气流推动扇叶由0增加到10万转/分钟是需要一个相对较长的响应过程的。这也就是涡轮增压系统的“滞后性”。而机械增压器是靠发动机通过皮带来带动增压器的，故不存在这个问题。（当然，奔驰S600上的双涡轮增压系统上就有一个质量较小的轻便小涡轮，这个小涡轮可以在发动机低速运转时就开始压缩空气）

不过出于经济性考虑，机械增压系统的电磁离合器在怠速工况时是断开的，也就是说怠速时增压器不工作，但是只要踩下油门，电磁离合器就可以迅速连接发动机动力。所以机械增压能够给汽车带来很好的低转扭矩，让起步时冲劲十足。虽然克服了涡轮增压器迟滞的缺陷，但单机械增压也并非完美，因为它要消耗发动力动力的。在低转速时，由于转速低损耗也就小，但如果处于高转速工况，那么这样能量损耗是非常大的。不仅经济性差，高转动力性也要受到影响。这点就不如废气涡轮增压系统好了