機(jī)械增壓_圖文

1、 機(jī)械增壓 GM在量產(chǎn)跑車考維特上裝載的LS9機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。 一臺(tái)往復(fù)式活塞內(nèi)燃機(jī)的存在意義，就是吸，壓，爆，排。而發(fā)動(dòng)機(jī)的吸入的空氣則是單純的依靠活塞從上止點(diǎn)往下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，所產(chǎn)生的壓差來獲取，這么看來，發(fā)動(dòng)機(jī)獲得空氣的手段極其的單一，而且，這樣的工作效率也并不是發(fā)動(dòng)機(jī)本身所具有的，作為市面上大部分的發(fā)動(dòng)機(jī)，汽油機(jī)也好，柴油機(jī)也好，空氣這種平?？此莆⒑跗湮⒌臇|西對于每一次缸內(nèi)爆燃后所產(chǎn)生動(dòng)力的多少實(shí)在是太過于重要了?？諝庵?，氧的含量只有僅僅的23%，而每分鐘單靠壓差來獲得的空氣總是有限的，不管你手中有臺(tái)在賽道上疾馳的跑車，或是在野外征服各種復(fù)雜地形的越野車，你都希望當(dāng)你的右腳踏在油門

2、踏板上的時(shí)候，澎湃洶涌的動(dòng)力則是發(fā)動(dòng)機(jī)給你最直接的回饋。所以，在汽車工業(yè)發(fā)展的數(shù)百年歷程上，無數(shù)的汽車工程師絞盡腦汁來讓發(fā)動(dòng)機(jī)在需要的時(shí)候獲得更多的空氣。 用在GM旗下土星2006款I(lǐng)on上的Eaton魯氏增壓器。 離距第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛問世不到幾十年的時(shí)候，德國工程師戴姆勒通過氣泵工作原理的啟發(fā)，發(fā)明了機(jī)械式增壓。其實(shí)戴姆勒發(fā)明這個(gè)東西的初衷是很簡單的，發(fā)動(dòng)機(jī)需要大量的空氣來提高燃燒性能，如果有一樣?xùn)|西在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣部分能不斷地吹入空氣，就像一個(gè)氣泵一樣，往里送空氣，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能肯定會(huì)得到提升，而這一點(diǎn)也在隨后的實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證，的確，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能因?yàn)檫@么一個(gè)泵而大大的提高了，而

3、且在低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，工作狀態(tài)極其明顯。而這個(gè)泵的體積也不大，送空氣的形式也貌似是由一個(gè)人的嘴在吹，所以，機(jī)械增壓，很快在英文名中有了一個(gè)簡單形象而且容積記住的名字-Blower。 1929年賓利的機(jī)械增壓跑車。 機(jī)械增壓的出現(xiàn)，標(biāo)志著發(fā)動(dòng)機(jī)由單純的自然進(jìn)氣時(shí)代，進(jìn)入了自然進(jìn)氣和強(qiáng)制進(jìn)氣共存的一個(gè)多元化時(shí)代，而在20世紀(jì)10-30年代，機(jī)械增壓大規(guī)模應(yīng)用在了各個(gè)品牌的車輛上，這一點(diǎn)是幾十年后渦輪增壓所不能媲美的一種市場效應(yīng)。隨著人們對于極限不斷地挑戰(zhàn)和追求，汽車愛好者們樂此不疲地尋找各種方式來提高汽車的極限。在第一臺(tái)機(jī)械增壓問世十幾年后，美國人理查德維克，來自于美國賓夕法尼亞Pottstown，制

4、造出了世界上第一臺(tái)機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)賽車，這臺(tái)賽車在當(dāng)時(shí)跑出了每小時(shí)160公里的速度，讓所有人嘆為觀止。 重度改裝后參加0-400米直線賽的美國肌肉AMC，圖中的龐然大物就是機(jī)械增壓器。 正如剛才所說，機(jī)械增壓就好比是一臺(tái)氣泵，不斷地抽空氣，然后送入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，而驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓的形式也很直觀，簡單，發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸作為一個(gè)伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)的東西，通過這個(gè)來驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓是再好不過的選擇了，而且對于曲軸上動(dòng)力的損耗，也是非常有限的，并不會(huì)影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。而機(jī)械增壓在隨后的發(fā)展中，依靠著人類智慧的進(jìn)步，進(jìn)行了很多次的革新，以及延伸出了很多不同類型的機(jī)械增壓。 機(jī)械增壓分為兩種形式：容積泵式和動(dòng)壓力式。

5、容積式泵可以再不同的速度下，在發(fā)動(dòng)機(jī)每一次的循環(huán)中恒定壓入接近等量的空氣，換句簡單的話來說，不管你的車速或發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，容積式壓入的空氣都是差不多的。而容積式通過發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械式地將空氣一部分一部分的輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。 很多廠家基于容積式泵的原理，也紛紛設(shè)計(jì)出了不同類型的容積式泵，通常我們在量產(chǎn)車和改裝車上所常見的就是如下的幾個(gè)不同的種類： Roots-魯氏 Lysholm Screw -另外一個(gè)名字就是雙螺桿，twin-screwd Sliding vane-葉片式 Scroll-type superchareged- G-Lader Piston as in Bourke engine W

6、ankel Engine 魯氏增壓器內(nèi)部轉(zhuǎn)子的圖形，藍(lán)色箭頭標(biāo)志位空氣進(jìn)口，紅色箭頭連接處為發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管處。 （早期的雙螺桿式機(jī)械增壓器的轉(zhuǎn)子圖） 裝配了Sprintex雙螺桿機(jī)械增壓的切諾基 后三種比較不常見，多為制造工藝復(fù)雜，成本高，或是熱效率低，工作形態(tài)不高。這里主要說前三種。 Roots，魯氏機(jī)械增壓 是一個(gè)比較常見，比較典型的外部壓縮機(jī)。外部壓縮是指空氣在正常大氣壓下通過泵的形式傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)中處于非壓力下工作狀態(tài)，那么，在進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力會(huì)高于來自機(jī)械增壓的壓力，這樣會(huì)導(dǎo)致從發(fā)動(dòng)機(jī)到機(jī)械增壓的一個(gè)回流現(xiàn)象，而這個(gè)現(xiàn)象直到兩端的壓力平衡為止。這種回流通常用于

7、壓縮即將進(jìn)入的氣體，這是一個(gè)非常低效的過程，而魯氏增壓低效主要的因素就是在高壓力時(shí)所產(chǎn)生的能量損失。而對于魯氏增壓來說，工作壓力越低，那么動(dòng)力損失就越小，換句話來說，魯氏增壓是一種很適合于低壓差狀態(tài)下工作的增壓器。我們經(jīng)?？吹胶芏?-400米直線賽中，美國肌肉車的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上，突兀著一個(gè)龐然大物，那就是魯氏機(jī)械增壓，當(dāng)然，美國人喜歡什么都要做成大的，所以，他們把機(jī)械增壓也做大了，當(dāng)然，在0-400米上，沒人去考慮這個(gè)東西的體積多大，或是多難看，只要管用就行，但是回到我們正常的民用改裝車上，我估計(jì)沒人愿意去給自己的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋上掏個(gè)大洞，然后凸出一大塊金屬體，不明白的人以為你給你的車?yán)镅b了個(gè)大型空調(diào)呢

8、，而且這么沉重的一個(gè)東西放在機(jī)艙內(nèi)，占地方不說，又影響了整車比重，大大影響了汽車的操控樂趣，而且，效率這么低的一個(gè)東西，又有誰會(huì)去安裝到自己的車上呢？！反正我對魯氏的東西沒有太好的印象， 機(jī)械增壓被廣泛的應(yīng)用在了直線加速賽上，圖為裝配了機(jī)械增壓的89款福特野馬fox body-five。 用在考維特LS9上的中冷器，即使是魯氏增壓器，當(dāng)配合了大功率輸出發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候，也需要中冷器才能進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 有外部壓縮，那相對的自然而然也就有內(nèi)部壓縮，不管是什么形式，最終所做的工都是用在了壓縮上，只能說明不同類型的壓縮有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。對于內(nèi)部壓縮，是指空氣本身在增壓器本體里已經(jīng)完成了壓縮，而且已經(jīng)達(dá)

9、到或是接近了工作壓力值并且可以很暢快的傳遞入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)而且沒有任何的回流現(xiàn)象出現(xiàn)。而這種形態(tài)的壓縮比回流式壓縮更有效率以及能達(dá)到更高的工作壓力。內(nèi)部增壓設(shè)備通常是工作在一個(gè)固定的壓縮比下。當(dāng)增壓壓力，也就是我們常說的boost，等于增壓本體內(nèi)的壓縮壓力，回流的流量為0，也就是沒有回流。相比于外部增壓，這一點(diǎn)的效率是非常明顯的。但是，當(dāng)增壓壓力超過了壓縮壓力的時(shí)候，依然會(huì)像魯氏增壓那樣出現(xiàn)回流現(xiàn)象。所以，在內(nèi)部增壓的工作狀態(tài)下，增壓壓力和壓縮壓力必須完美的結(jié)合在一起依此來達(dá)到最佳的工作狀態(tài)和提升更高的效率，否則內(nèi)部增壓亦將會(huì)產(chǎn)生和魯氏增壓一樣的問題。 容積式機(jī)械增壓通常是由每轉(zhuǎn)所承受的容量來標(biāo)號(hào)的

10、。在魯氏增壓器里，GMC的標(biāo)號(hào)模式是比較典型的。GMC的標(biāo)號(hào)模式是根據(jù)2沖程缸體的數(shù)量以及缸體的容積來定的，其設(shè)計(jì)目的就是在于清除發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的廢氣。GMC已經(jīng)制作了2-71，3-71，4-71已經(jīng)聞名世界的6-71型等。而這些數(shù)字都是含有實(shí)際意義的，比如說6-71，其設(shè)計(jì)目的是為了在6缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，每缸清除71立方英寸的廢氣，并且能在426立方英寸的2沖程柴油機(jī)上使用。6-71也僅僅只是GMC在發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)設(shè)計(jì)理念，而并非為獨(dú)立產(chǎn)品，并且，在實(shí)際的應(yīng)用中，所產(chǎn)生的位移（這里的位移可簡單理解為空流量）要小于上述中每缸的清楚容積乘于缸數(shù)。比如說6-71型實(shí)際上每轉(zhuǎn)只能流入339立方英寸的空氣。而改裝

11、市場則從未停止過革新，從當(dāng)初的8-71到今天現(xiàn)有的14-71型。從這一點(diǎn)出現(xiàn)，我們可以看到，一個(gè)6-71的容積約等于2個(gè)3-71。而GMC也設(shè)計(jì)出了每缸53立方英寸的53系列，并且從2缸機(jī)到8缸機(jī)上都有廣泛的應(yīng)用，后來，GMC為了配套V型發(fā)動(dòng)機(jī)，推出了“V71”系列。 魯氏增壓效率圖 對于任何一種魯氏增壓器在任何一種工況下工作，單點(diǎn)就會(huì)顯示在這張圖上。這一點(diǎn)會(huì)伴隨上漲的增壓值而上漲，并根據(jù)增壓器的工作速度增長而向圖右運(yùn)動(dòng)。這里可以看出，在普通的工作速度和略低的增壓值下，魯氏增壓的工作效率可以達(dá)到90%。而這塊區(qū)域是魯氏增壓原本最佳的工作區(qū)域。增壓值(boost這里可以定義為壓力的比例，也就是在

12、進(jìn)入壓縮器之前的絕對大氣壓值和從壓縮器出來并已壓縮過的絕對大氣壓值比。 假設(shè)沒有任何的增壓值出現(xiàn)，那么這個(gè)壓力比值就是1.0（1：1），進(jìn)入端的壓力等于出口端的壓力。在這張圖上，15psi的增壓值是作為一個(gè)參考值來詳細(xì)說明魯氏增壓器（15psi，與絕對大氣相比比值為2.0附近）。我們可以看到，在15psi增壓值下，魯氏增壓器的始終徘徊在50%-58%附近。現(xiàn)在圖中所示的是較小的魯氏增壓器。當(dāng)圖右所示的增壓器轉(zhuǎn)速增長的時(shí)候，在圖左，效率區(qū)亦會(huì)相對增長，也就是說，增壓器的轉(zhuǎn)速越快，效率就逐漸相對減弱。所以，一般在各種用途上，都是已體積較大的增壓器再在較低的增壓值區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到更高的效率。 魯氏

13、增壓器的容積效率通常都能保持在90%左右，但是僅僅局限于低轉(zhuǎn)速的時(shí)候。即使是在低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，增壓器仍會(huì)機(jī)械的將定量的空氣傳入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，但是這些空氣都是熱空氣，也就是溫度較高的空氣。這里舉一個(gè)400米直線加速的例子，在400米直線加速中，熱空氣伴隨著大量的燃油被噴射到發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，燃油的蒸發(fā)帶走了熱量，類似這樣的循環(huán)方式，就好比是通過液體來給空氣降溫，換成我們平常所說的就是中冷了。 雙螺桿式 世界著名直線賽車手Jay Upton保持世界記錄的戰(zhàn)車，選用了來自澳洲Sprintex的雙螺桿式機(jī)械增壓，0-400米的成績?yōu)?.17秒。 雙螺桿式增壓器是一種通過高容隙之間齒輪或轉(zhuǎn)子的嚙合來帶動(dòng)空氣流動(dòng)的一種

14、壓縮機(jī)，雙螺桿增壓器也叫做Lysholm壓縮機(jī)，是由Alf Lysholm發(fā)明的。 進(jìn)氣口位于雙螺桿的一側(cè)疊蓋住的，但是不完全疊蓋，留有一個(gè)小孔。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由入口孔處進(jìn)入，經(jīng)過壓縮并流入出氣口，空氣由軸向運(yùn)動(dòng)通過機(jī)體，空氣體積越來越小，而且空氣在被轉(zhuǎn)子之間間隙壓縮，與此同時(shí)，進(jìn)氣口還有更多的空氣通過壓差流入增壓器本體內(nèi)。由于增壓器本體內(nèi)的出氣壓縮比例已經(jīng)是設(shè)定好的，所以在沒有達(dá)到出氣壓力比之前，壓差會(huì)將機(jī)體內(nèi)的空氣保留在內(nèi)，而直到壓縮比值達(dá)到設(shè)定值后進(jìn)入才會(huì)是壓縮后的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。而這一點(diǎn)于魯氏相比，我們可以看到雙螺桿在壓力泄露和損失特性要大大低于魯氏。雙螺桿增壓器也是一款很常見的由

15、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸皮帶或是其它類型齒輪驅(qū)動(dòng)的增壓器。在工作方式上和魯氏一樣，但是不一樣的就是在空氣真正的內(nèi)部壓縮以及效率損耗上，雙螺桿的設(shè)計(jì)特性保證了其優(yōu)越度超過魯氏。 雙螺桿增壓器一般都是由高精度的CNC機(jī)器加工而成，在眾多類型的機(jī)械增壓中屬于造價(jià)較高的一種，但是其特性讓很多廠家無法割舍這么一個(gè)高效的增壓器，好在時(shí)間的推移，科技的進(jìn)步下，很多廠家都已經(jīng)做出了效率更高，而價(jià)格相對低廉的雙螺桿壓縮機(jī)。 雙螺桿式機(jī)械增壓的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子圖。 對于雙螺桿增壓器，大家可能聽到有關(guān)的資料不算多，但是以下的例子可能會(huì)更直觀，在眾多主機(jī)廠中，福特，Koenigsegg，水星，梅賽德斯都是大量使用了雙螺桿增壓的技術(shù)。雖然

16、說離心式的增壓器也比較可靠，被很多廠家考慮到，但是離心式的缺點(diǎn)就在于當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入了峰值工況時(shí)，不能提供全增壓值的工作狀態(tài)。這一點(diǎn)著實(shí)的讓很多主機(jī)廠家頭痛，而且也不是每個(gè)廠家都愿意承擔(dān)離心式所帶來的超高工溫。 由Sprintex為Bullet設(shè)計(jì)生產(chǎn)地克萊斯勒300 SRT-8系列的機(jī)械增壓套件將這臺(tái)2氣門大排量V8的極限發(fā)揮的琳琳精致。 （這是用在奔馳C32AMG,SLK32AMG上的雙螺桿式機(jī)械增壓器） 離心式 離心式機(jī)械增壓工作示意圖。 離心式增壓器是一款應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)里以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力帶動(dòng)，通過壓縮空氣來獲得更多的氧氣以此來幫助和提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒和功率輸出。這種類型的增壓器在很多設(shè)計(jì)上類似于渦

17、輪增壓的結(jié)構(gòu)，唯一的區(qū)別就是渦輪增壓是通過廢氣的壓力來驅(qū)動(dòng)，而離心式增壓器則和魯氏，雙螺桿一樣，靠發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸通過傳動(dòng)皮帶、齒輪、鏈條來獲得工作動(dòng)力。和任何離心式增壓器一樣，在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候提供很小范圍的增壓來輔助發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)減速的時(shí)候，空氣會(huì)旁通，這一點(diǎn)和魯氏，雙螺桿一樣，在發(fā)動(dòng)機(jī)的任何工作速度下都能提供有效地增壓值。 瑞典著名超級(jí)跑車Koenigsegg CCR，裝載了雙離心式機(jī)械增壓，但由于離心式機(jī)械增壓器的工溫較高，而且經(jīng)濟(jì)性能不如雙螺桿式，所以只有部分追求極限的廠家才會(huì)選用離心式機(jī)械增壓器。 在第二次世界大戰(zhàn)的時(shí)候，很多活塞式引擎戰(zhàn)斗機(jī)，例如勞斯萊斯梅林，戴姆勒奔

18、馳DB601,都大規(guī)模的使用了單速或是多速的離心式增壓器，由于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)大多時(shí)間下都是處于極高速運(yùn)轉(zhuǎn)或是高恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，速差不大，所以在低轉(zhuǎn)速區(qū)間的工作狀況基本上可以忽略不計(jì)。直到了渦輪增壓的出現(xiàn)，很多飛機(jī)制造廠商因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的需要，都放棄了離心式機(jī)械增壓器的使用。 盡管如此，離心式增壓器在低轉(zhuǎn)速區(qū)間的工作狀態(tài)還是受到了關(guān)注，由于設(shè)計(jì)原理，離心式增壓器在低轉(zhuǎn)速區(qū)間的工作狀態(tài)和渦輪增壓有著相同的弊病，那就是滯后。由于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)要求燃油和氧氣在相對較小的比列下壓縮成混合油氣并進(jìn)行內(nèi)燃，所以在低轉(zhuǎn)速的工作狀態(tài)成為了很多人關(guān)注的熱點(diǎn)，而離心式實(shí)際上在低轉(zhuǎn)速區(qū)間不能和魯氏，雙螺桿一樣供給足夠的氧氣去提供內(nèi)燃，所以離心式被考慮在給大排量，而且在啟動(dòng)階段不需要過多的強(qiáng)制進(jìn)去的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行匹配，而這樣也可以避免了輪胎在發(fā)動(dòng)機(jī)啟