[转帖]涡轮增压与机械增压

涡轮增压与机械增压

增压技术最早源于飞机在高空的需要，我们都知道一般引擎是利用气缸活塞下移形成真空，吸入空气而实现进气的过程，这就是所谓的自然进气发动机。而自然进气方式因“被动”地实现进气动作，所以在高空中由于空气稀薄进气效率不高，大大影响引擎的功能发挥。为提高引擎进气效率，于是发明了增压进气技术。
窝轮增压(turbo)与机械增压(superchanger)是增压的两种不同方式,主要的不同在于增压器的驱动方式。最早的增压器全部都是机械增压，在刚发明时被称超级增压器(Supercharger)，后来涡轮增压发明之后为了区隔两者。起初涡轮增压器被称为Turbo Supercharger，机械增压则被称为Mechanical Supercharger，久而久之，两者就分别被简化为Turbocharger与Supercharger了。德国人由于德语的关系把机械增压叫做Kompressor。

窝轮增压由引擎的排气作废气驱动。涡轮由两部分组成，一是新鲜空气增压端（压缩涡轮）、另一部分为废气驱动端（废气涡轮），两端各有一个叶轮，在同一轴上的两边涡轮之间还有一个泄压触发器（Wastegate）设在废气涡轮那边，当压缩涡轮压力过大，压力便会推动触发器将废气涡轮的阀门打开，降低气压。涡轮轮轴的支承为轴套轴套里边的轴承设计可以分为滚珠轴承和浮动轴承。涡轮增压器叶轮的旋转动力来自于废气。废气带动窝轮，在窝轮的另一边，叶片压缩空气。涡轮增压器壳体为镍、铬和硅合金材料，轴为铬和钼合金材料。更重要的是，涡轮增压器是在高温、高速条件下工作的，为保证其正常工作，在涡轮增压器中通入了机油和冷却液，以保证有效的润滑和冷却，改善工作条件。发动机排出的具有高温和一定的压力的废气进入增压器中，推动轴的叶轮以每分钟高达数万甚至几十万转的高速度旋转，怠速时，叶轮转速为12000转/分，当全负荷时，叶轮转速可超过135000转/分，普通的轴承是无法承受如此高速而产生的高温和磨损的，所以在涡轮增压系统里边机油的润滑和冷却作用至关重要。柴油引擎也有不少装配涡轮增压系统的，而且柴油引擎的最大增压值普遍比汽油引擎的最大值高。

涡轮增压器的串联与并联：
在双涡轮增压（Twin Turbo）的汽车上会看到2组涡轮通过串联或者并联的方式连接，并联指每组涡轮负责引擎半数汽缸的工作，每组涡轮都是同规格的，如保时捷911 turbo，Skyline GT-R的RB26DETT，Supra的2JZ-GTE和BMW新的3.0双涡轮增压都是并联涡轮的杰出代表，其优点就是增压反应快并减低管道的复杂程度。至于串联涡轮通常是一大一小两组涡轮串联搭配而成，低转时推动反应较快的小涡轮，使低转扭力丰厚高转时大涡轮介入，提供充足的进气量，功率输出得以提高，RX-7的13B-REW引擎就是串联涡轮的好例子。

涡轮增压器的A/R值：
A/R值在改装市场的涡轮增压器销售册上常有标明，用以表达涡轮的特性，A是Area（面积）的意思，指的是叶片涡轮接受废气的侧入口最窄处的横截面积，R是Radius（半径），指的是A（横截面积）的中心点与涡轮本体中心点的距离，面积与两中心点距离的比值，就是A/R值。
A/R值越小，表示入口相对较小而涡轮叶片的起动惯性低，流速相对高，低转反应比较好，涡轮迟滞效应不明显。反之，A/R值越大入口较大，叶片惯性高，低转反应比较迟钝，涡轮迟滞较明显，但在高转时表现则刚烈得多。简单而言，较注重高转功率输出的涡轮，A/R值可以达到0.7左右，而注重低转扭力输出的涡轮，A/R值大约为0.2。保时捷的VTG可变涡轮几何叶片技术则是通过改变涡轮的A/R值达到不同的涡轮特性。
窝轮增压的优点在于不占用引擎本身的功率，在高转时（排气压力高）效果显著，增压效率高，缺点在于在低转时由于窝轮本身的惯性，窝轮介入比较迟缓（增压值越高越是如此）也就是我们平常所说的窝轮时滞，窝轮时滞不能根除，但能把他减低到很小的程度，如用较轻小的窝轮，还有大众的TSI双增压技术，保时捷的VTG可变涡轮几何叶片技术、给窝轮装上变速器改变窝轮转速的技术等。
机械增压器压缩机的驱动力来自引擎曲轴，一般都是利用皮带连接曲轴皮带轮，间接将曲轴运转的扭力带动增压器，达到增压目的。依构造不同，机械增压会经出现过许多种类，包括叶片式(Vane)、鲁氏(Roots)、温克尔(Wankle)等型式，而活塞运动最早也被认为是一种机械增压，时至今日，则以鲁氏增压器最被广泛使用，更是改装的大热门。鲁氏增压器有双叶与三叶转子两种型式，目前以双叶转子较普遍，其构造是在椭圆形的壳体中装两个茧形的转子，转子之间保有极小的间隙而不直接相连，藉由螺旋齿轮连动，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，在不需要增压时即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的目的。

机械增压的优点：
除了在低转速便可获得增压外，增压的动力输出也与曲轴转速成一定的比例，即机械增压引擎的油门反应随着转速的提高，动力输出随之增强，因此机械增压引擎的操作感觉与自然气极为相似，却能拥有较大的马力与扭力。缺点在于始终是损耗了引擎本身的动力，在高转时效率没有turbo高等。

所以大众的GOLF GT上就采用了TSI双增压技术，一台引擎上同时装备两种增压器，吸取两种增压方式的优点，使得1.4的引擎能有2.0引擎的功率，但制造比较复杂，成本较高，还没有被广泛使用。
无论那种增压方式，增压后的空气都要送到中冷器（intercooler）去降温（增压等于对空气做功，气压增加到1bar的时候温度会升到80度左右，温度上升后空气体积会增加，同体积时进入燃烧室的空气质量减少，对增压不利，所以要用中冷器进行冷却）过高的气压会在泄压阀（Blow-off Wastegate）放掉，所以有时我们可以听到窝轮增压车子上有“吱吱”的泄气声，增压后的空气最终再送入燃烧室。

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正确认识动力改装

对于速度的渴求是许多开车族所追求的目标。他们总觉得爱车不够快，即使驾驶法拉利、保时捷等纯种跑车，还是有人想让它跑得更快，也许这是隐藏在人体内的不安因子作祟的缘故吧！

　　要使车辆在速度方面有所提升，惟一的方法就是从动力方面着手，最基本的就是更换高压导线，火花塞以及排气管。更换放电***强的高压矽导线与火花塞，在点火方面的确能加强许多；但是过强的点火对于活塞会造成一定程度的伤害，况且效果是否真有各种广告所说的那样神奇，一定程度上得因车而异，关键是要懂得搭配。

　　排气管篇
　　时下最流行的改装部件非排气管莫属，似乎加装一支大口径且声浪惊人的排气管后，车辆便会跑得更快，其实这是一种误解。排气管的更换对于马力的提升可说是微乎其微，特别是对于一些小排气量的自然进气车种来说，想要明显感受到马力的提升是相当困难的。相反，大口径的排气尾鼓对于低速扭力的流失有相当影响，但是在高速行驶时较为顺畅的排气对动力改善是可以理解的。而排气管本身的材质、管路的设计，管壁内部是否光滑，消音筒的设计是否可以形成良好的回压等，都是影响排气管效果的重要因素。

　　一支设计优异的排气管需要花费相当大的代价才能完成。在引擎没有做大幅度改装的前提下，只更换排气管在效果上是不甚明显的。时下，许多人还更换排气中尾段，将三元催化器一并拆除，此举一定增加了废气的排放，站在环保的立场我们反对这种做法。

　　此外，在选择排气管时，消音筒的大小也是重点之一。通常，消音筒较大对于噪音的控制也比较理想，反之，消音筒愈小排气声浪会愈大，不过噪音的抑制也跟排气管的材质、筒内管路的设计以及消音棉的材质息息相关。

　　引擎篇
　　对动力***能的提升最有效的方式就是引擎系统的改装，首先是电脑的改装。由于现行的车辆愈来愈精密，因此诸如转速限制、时速限制、点火正时、空燃比调整等都交由行车电脑去执行，通常所说的改装电脑只是将控制晶片加以更换，借由不同的设定使车辆的***能有所提升。改电脑可将原厂所限定的转速与时速加以解除，但使用时要多加注意。

　　引擎长期处于高转速的状态，对于内部机件损耗有相当严重的影响，若是将转速限制解除，在享受高转速带来的快感背后，就是加速降低引擎的使用寿命。至于解除原厂对于安全极速的限制，从安全角度看，我们不太赞同。因为每部车出厂时，原厂会根据车辆本身的***能与结构，在极速上有一定的限制，安全第一是此举的主要考量。

　　如果车主任意解除速度的限制，当车速到车辆本身临界点时，有些状况并不是你我所能控制得了的。

　　涡轮增压篇
　　对于驾驶涡轮增压车辆的车主，有一项改装品我们是非常鼓励去加装的，那就是延迟熄火装置(TurboTimer)。由于涡轮作动时本身会产生极高的温度，当车辆行驶后若是立即熄火，在急速冷却的情况下，对于涡轮的损伤有一定程度的影响。另外涡轮机内叶轮的旋转浮式轴承依***引擎机油喷注达到防磨、润滑及散热的作用，停车后立刻熄火会导致机油立刻停止供应，而轴承仍然惯***地高速旋转。这样一来，轴承的寿命将大打折扣，涡轮机也将折寿。

　　因此，当我们驾驶涡轮增压车辆时，在熄火前最好让引擎在怠速的情况下多运转3-5分钟，如果您觉得这项动作有些费时麻烦，那么建议您加装延迟熄火装置，让这个定时装置为您执行这3-5分钟的工作。一般来说，加装延迟熄火装置并不会对车辆本身的线路有任何不良的影响，而1000至3000元的价格也在一般人所能负担的范围之内。

　　涡轮增压车辆除了延迟熄火装置外，还有一项不错的改装品就是泄压阀。通常泄压阀可分为进气泄压与排气泄压两种，排气泄压阀大部分使用在大马力的车辆上，同时价格也较高，在此，我们所说的泄压阀专指进气泄压阀。当涡轮作动时，内部会产生极高的压力，涡轮本体虽然有释放高压气体的孔径，但是面对连续增压状态，仍显得有些不足，借由泄压阀可使高压气体得以迅速释放，以利下一次的增压动作。这样不仅可保护涡轮，也可消除部分的涡轮迟滞(TurboLeg)现象，而泄压阀的价格约在3000元左右。

　　其实，想要提升动力***能，最有效的方式是从引擎内部着手，例如加大缸径与冲程，汽缸内部抛光、节气门抛光、更换锻造的活塞与连杆等。但从国内目前的改装技术看，这些改装并不成熟。引擎内部改装是个相当浩大的工程，不仅技术面要达到相当高的水准，在相关仪器与人员经验上也要能配合。

　　此外，动力提升后周边的系统如冷却系统、润滑系统、电路系统、以及各种管路能否配合，也是个相当大的问题。

　　有的发烧友以DIY的方式，制造出许多引擎改装零件，这种做法不可取。在欧洲、日本等国具规模的改装厂，除了有专属的技术研发部门、测试部门、品管部门外，更重要的是他们的引擎改装品还要通过国家认证与许可，其严谨态度不亚于一般正统的整车厂。

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