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機械增壓系統Super Charger

車訊網 車訊網 2016/7/31
© 由 車訊網 提供

利用引擎曲軸轉速帶動增壓器運轉,伴隨轉速高低改變出力特性。

與渦輪增壓相同有著「壓縮」空氣的動作,因此也是屬於強制增壓的一種,機械增壓(英:Super Charger),出現時間比渦輪增壓更早,利用曲軸的轉速來帶動增壓器,因為是利用引擎轉速來增壓,運轉效率則是較渦輪低,約每分鐘5-6萬轉(渦輪約10-20萬轉)工作環境相對的熱能問題也較低,並且更加線性的表現依舊是有大批擁護者熱愛。

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1860年Roots兄弟發明

機械增壓起源於送風機!

早期的增壓器全數皆為機械增壓,發明初期被稱之為超級增壓,直到後來渦輪增壓的發明,才會有Turbocharger與Supercharger的分別,而機械增壓的種類可分為:遊心(又稱:葉片)、Roots、Lysholm、scroll、sliding vane、Recipro六大種類,而機械增壓起源講起來還真有點不好意思,1860年Roots兄弟為了替工廠內的「熔鐵機」來降溫所發明的「送風機」,申請了發明專利,依照自己的姓來命名,成為了人類歷史上第一具「魯式機械增壓器」,直到1900年內燃機才被發明, Daimler創始人Gottlieb Wilhelm Daimler才首次將機械增壓安裝到汽車上。

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這個就是所謂的魯氏機械增壓,內部繭形的轉子就是用來進行掃風增壓的空間,依照排氣量的大小不同,魯氏機械增壓本體的尺寸也會跟著加長,主要就是利用更大的葉片來壓縮更多的空氣,而類似飛機般的尖銳增壓音也是其特色,另外圖片中TRD增壓器,就擁有轉子轉軸的皮帶輪上裝有電磁離合器設計,不想使用時只要按下關閉鈕即可。

與渦輪增壓相比,最大的區別就在於空氣壓縮機的驅動方式,渦輪增壓利用引擎廢氣推動葉片,而機械增壓器則利用發動機曲軸帶動。不過機械增壓的設計初衷與渦輪增壓基本上都是相同,兩者皆是將大量壓縮的空氣導入燃燒室內,搭配燃油系統的強化藉此提高引擎出力。

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依構造不同,機械增壓已經出現過許多種類,而較特殊的Recipro活塞運動式最早也被認為是一種機械增壓,其作動原理就類似現在的4行程引擎,時至今日則以「魯氏增壓器」及「遊心」兩款增壓器最被廣泛使用,更是改裝及原廠性能車的最愛。魯氏增壓器有雙葉與三葉轉子兩種型式,目前以雙葉轉子較普遍,其構造是在橢圓形的殼體中裝兩個繭形的轉子,轉子之間保有極小的間隙而不直接相連,藉由螺旋齒輪連動,其中一個轉子的轉軸與驅動的皮帶輪連結,跟著引擎曲軸的轉速來進行增壓,而也有少部分的魯氏增壓器,在轉子轉軸的皮帶輪上裝有電磁離合器,在不需要增壓時即放開離合器以停止增壓,離合器則由電腦控制以達到省油的目的。

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Vortech是目前最大的「遊心」式增壓器的製造商,與傳統增壓器相比除了效率更棒外,更小的體積可以更輕鬆的安裝在引擎室內,後方齒輪下的軸承就是內部的轉子構造,透過潤滑油來驅使以大幅降低轉動時的慣性,使得增壓效率更快,目前Vortech旗下最大的V-28 123增壓器,可對應到2800hp以上的動力,提升幅度高達83%。

而隨著時代的進化,目前堪稱效率最高的增壓器就是「遊心」式,增壓器本體相當類似渦輪增壓機,體積更小適合任何車輛來加裝,增壓側採用與渦增壓相同的葉片設計,而帶動這個進氣側的就是本體後方內的2-3顆轉子,由於每顆轉子與轉子間皆有潤滑油支撐,所以運轉順暢度較過去單純齒輪帶動來的更效率,並且幾乎是沒有任何的運轉聲音,依照增壓器的規格不同最高轉速可達6萬轉以上,最大提升幅度可達80%以上,機械增壓的特徵,除了在低轉速便可獲得增壓外,增壓的動力輸出也與曲軸轉速成一定的比例,即機械增壓引擎的油門反應隨著轉速的提高,動力輸出隨之增強,因此機械增壓引擎的操作感覺與自然氣極為相似,卻能擁有較大的馬力與扭力。

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機械增壓優點為體積小、不需修改引擎本體、安裝容易,且由皮帶驅動,動力並不會有遲滯現象,因此早期許多原廠性能車還是會以機械增壓為主,再來機械增壓的熱源較渦輪增壓相比,更是有著絕對上的優勢,也就是機械增壓引擎的熱衰竭並不會有渦輪來的嚴重,持續穩定的輸出更是機械增壓的優勢。

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機械增壓的「效率」也就是渦輪增壓車上常說的「增壓值」,其實就是靠著增壓器上那顆普利盤來設定,普利愈小增壓效率愈高,當然這個部分需要依照排氣量及增壓器規格來搭配,其中的眉角比渦輪增壓來得更加深奧,真的不建議找個體工廠自己車一個普利來換裝。

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強制增壓都是透過壓縮空氣來達到提升動力的效果,加上目前機械增壓的效率大幅提升,過去常常認為不需要安裝中冷器的機械增壓,至今已經被納入套件內的基本配備。

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「遊心」式機械增壓的潤滑是不透過引擎的機油,因此不會引響油水溫度左右引擎工作效率,專用的潤滑油則是建議每4000km檢查油量,每12000km進行更換作業。
國產機械增壓車品牌:

進口機械增壓車品牌:

1. Audi

2. Lotus

機械增壓系統優點:

無動力遲滯現象

類似自然進氣引擎般好駕馭

改裝項目少

熱衰竭問題較低

體積小好安裝

本體潤滑不透過引擎機油,不左右引擎油、水溫

機械增壓系統缺點:

高轉速動力不如渦輪增壓猛爆

特定設計作動音量相當誇張

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