中文名 | 机械增压器 | 外文名 | supercharger |
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别 名 | 超级增压器 | 定 义 | 用于内燃机的强制进气装置 |
与涡轮增压相比,具有以下优点:
不存在迟滞现象,动力输出的顺畅性接近于自然进气发动机,低转速时动力响应迅速;
基本上不需要对排气系统进行大改造,仅需对进气系统施工,改装施工技术的难度降低;
与涡轮增压相比,不足的是:
需损耗部分动力驱动增压机,而涡轮增压几乎是“无本买卖”;
高转速时动力不如涡轮增压;
噪音扰人,特别是鲁式和双螺旋式;
但涡轮增压和机械增压与自然进气引擎相比都有一个共同缺点,那就是会增加发动机的负担(燃烧室工作压力上升),特别是对于改装车。对于改装车,无论是何种增压器,都需要调校行车电脑的燃料供应量、调整润滑油管道等一系列工作。
增压器
涡轮增压器
电动涡轮增压器(en:Electric supercharger)
机械增压器由增压器本体(空气压缩机)、输入轴变速机构(如齿轮变速器、液态变速器等,“鲁式”增压器没有此装置)、传动机构(如皮带轮 皮带或链条轮 链条)等结构组成,如果需要还会安装中央冷却器来冷却压缩空气。
运转时,发动机曲轴通过链条或皮带驱动增压器本体中鼓入空气,经压缩的空气冷却后进入引擎的燃烧室中,与燃料混合,并压缩点火做功。由于压缩机的动力来自于发动机曲轴,引擎的功率会有一定的损耗,但也因此,装备机械增压器的发动机不存在涡轮增压发动机常有的涡轮迟滞现象。除此之外由于增压器转子的转速升降程度与曲轴的是同步的,因此泄压阀也成了非必需品。输入轴变速机构,以齿轮变速器为例,变速器由皮带轮/链条轮、主动齿轮、压缩机齿轮及壳体组成,一般会与增压器本体一体化。传动用的传动带/传动链缠绕在皮带轮/链条轮上,皮带轮/链条轮连接在一个主动齿轮上。而主动齿轮则会旋转压缩机齿轮。压缩机的转子可以有多种设计,但它的任务是吸入空气,将空气压入更小的空间,并注入进气岐管中。如果增压器的增压值较高、仅依靠进气管仍不足以带走压缩空气的热量的,还需要在进气道安装中央冷却器以冷却压缩空气。一般来说,机械增压器平均可提高46%的马力和31%的扭矩,但一些技术力量较强的厂商能使之提高50%-100%的马力及扭矩。
机械增压器有三种:鲁式(Roots)、双螺旋式和离心式。它们的主要区别在于压缩机的设计不同。鲁式和双螺旋式机械增压器使用不同类型的啮合凸缘来吸取空气,而离心式机械增压器使用叶轮吸入空气,有些类似于涡轮增压器。尽管这三种设计都能产生增压效果,但在效率上却有很大差别。
鲁式机械增压器最早的设计。在1860年由Philander和Francis Roots发明并申请了设计专利,目的是帮助矿井通道通风的机器,而非内燃机增压器(当时内燃机还没被发明)。内燃机发明后,1900年,Gottleib Daimler(戴姆勒汽车的创始人,日后与早期的奔驰合并为戴姆勒-奔驰)首次在汽车发动机中安装了“鲁式”机械增压器。
压缩机中的有两个凸缘转子,它们相互啮合。一般动力输入轴只连接一个凸缘,另一凸缘由连接输入轴的凸缘带动。当啮合凸缘旋转时,凸缘之间产生真空或负压,由此空气会被吸入,然后在增压器进气口和其排气口之间传送。大量的空气将进入进气歧管,并累积起来产生正压。但这种设计的增压器并不是连续不断地吸入空气,而是间歇式的(间歇很短但不能忽略),而且转子凸缘体笨重,需消耗较多的曲轴扭矩,效率并不高,而且这类增压器的压缩空气排出压缩机时会发出轰鸣声,一般需要安装降噪装置以降低噪音。
这种增压器一般体积庞大,常安装在发动机的顶部。一般多用于大型车。也深受以往的重度改装的美式肌肉车喜爱。
类似于“鲁式”机械增压器,双螺旋式机械增压器/罗茨风机通过两根类似于一组涡轮传动的啮合凸缘转子吸入空气,增压器中的空气也是通过转子凸缘集中起来吸入的。但不同的是,双螺旋式机械增压器还会压缩转子壳体内的空气。其原因在于这些转子具有锥度,这意味着随着空气从增压器进气口流向排气口,气道会变小。随着气道的收缩,空气便被压入到更小的空间,使得空气的压缩可以连续进行,提高增压器的效率,使得增压器不需要造得十分庞大。
不过,因转子凸缘的形制需要,在制造过程中需要精密的加工,这增加了增压器的制造成本。有些双螺旋式机械增压器与鲁式机械增压器一样,也放在发动机的上方,当然也可以放置在引擎的一侧。因原理与“鲁式”增压器的相似性,从排气口排出的压缩空气和“鲁式”增压器一样会呼呼作响,因此必须使用降噪技术消除这些声音。
离心式机械增压器利用叶轮(一种类似于转子的装置)提供动力,将空气高速吸入狭小的压缩机壳体。叶轮与涡轮增压器压缩机的转子相似,其转速透过输入轴变速器的放大,可达5-6万转每分钟。由于空气在叶轮轮毂处被吸入,因此离心力会导致空气向外扩散。这些空气会使叶轮处于高速低压状态。扩压器是一组环绕叶轮的固定叶片,它会将高速低压的空气转换成低速高压的空气。当空气分子碰到这些叶片时,会减慢速度,从而降低气流速度以及增加压力。
这类增压的的效率是三类机械增压器中最高的,同时增压值一般也较前两类高,常常需要加装中央冷却器以降低压缩空气的温度。
由于这类增压器与涡轮增压器的高度相似性,不少人误认为这是一类涡轮增压器,不少人也称其为涡轮机械增压器。但严格来讲,从压缩机的驱动方式上,这就是不折不扣的一类机械增压器。
机械增压 ,针对自然进气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...
增加进气的同时,为了保持混合气浓度,供油量肯定是有相应增加的。但是由于增加了气缸压力,提高了燃油的燃烧效率,使得输出功率增大了。因此,虽然每次点火时燃油消耗有增加,但是车辆在获得相同速度的前提下,油耗...
机械增压器的类型有三种:鲁式 (Roots)、双螺旋式和离心式。 它们的主要区别在于将空气吸入发动机进气歧管的方式不同。 鲁式和双螺旋式机械增压器使用不同类型的啮合凸缘,而离心式机械增压器使用叶轮吸入...
螺旋桨式飞机,特别是早期的;
超级跑车:
奔驰早期的带增压器的车款,如SL55 AMG、C200K等,SLR迈凯伦也装备了5.5升带机械增压器的V8引擎;
柯尼赛格的CCX、CCR等,4.7升V形8气缸引擎,安装了两个离心式机械增压器,马力达800匹以上;
福特GT、Shelby GT500等;
雪佛兰Corvette ZR1等
莲花汽车Exige和Evora等。
本文简要介绍了涡轮增压与机械增压优缺点,并进行相关论述,为有关设计提供了相关参考
大连海事大学 毕 业 论 文 二 O10 年 月 ┊┊┊┊┊┊┊ 装 ┊┊┊┊┊┊┊ 订 ┊┊┊┊┊┊┊ 线 ┊┊┊┊┊┊┊ “育鲲”轮主机废气涡轮增压器分析及其防 喘振控制的设计 专业班级 : 轮机 06级 9班 姓 名 : 陈 荣 指导教师 : 轮机工程学院 内容摘要 摘要:船用柴油机增压器采用废气涡轮增压的方法, 增加了柴油机的进气量, 使柴油机 的工作过程得到改善,燃油消耗下降,经济性提高。因此,其工况好坏直接影响柴油机的工 作。当增压器发生喘振,不但无法达到预期的增压比,而且会造成机损事故。所以,防止喘 振的发生及其重要。 本文对“育鲲”轮上的船用二冲程机轴流式定压涡轮增压器及其喘振作了研究。 首先,本文介绍了 NA40/S 型涡轮增压器的工作原理,并阐述了其特点。 然后,阐述了涡轮增压器喘振的机理, 并列出了影响 “育鲲” 轮上的增压器喘振的因素。 接着,分析其喘振发生的具体
机械增压器,又称“超级增压器”(supercharger),是一种用于内燃机的强制进气装置。与涡轮增压器相比,最大的区别就在于空气压缩机的驱动方式,涡轮增压器利用引擎废气推动之,而机械增压器则利用发动机曲轴产生的扭矩。但是,机械增压器的设计初衷与涡轮增压器大体相同,都是透过空气压缩机为发动机吸入更多空气,辅以加大燃油的供给量,提高发动机的输出功率。常见的机械增压器有离心式机械增压器、双螺旋式机械增压器(又称“罗茨式增压器”或“罗茨风机”)和“鲁式”机械增压器(Roots)。由于早期的内燃机用增压器全部都是机械增压,在发明之初称为超级增压器(Supercharge)。后来涡轮增压发明,为了便于区分,涡轮增压器被称为“Turbo Supercharger”(涡轮式机械增压器),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
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30,00rpm,与涡轮增压器经常处于100,00rpm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,必定会藉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、机油帮浦都改成外部连接,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。
机械增压系统
机械增压器
机械增压器是一种强制性容积置换泵,简称容积泵。它跟涡轮增压器一样,可以增加进气管内的空气压力和密度,往发动机内压入更多的空气,使发动机每个循环可以燃烧更多的燃油,从而提高发动机的升功率和平均有效压力,使汽车动力性、燃油经济性和排放都得到改善。 机械增压器本质上是一台罗茨鼓风机,有两个转子,每个转子都扭转一定的角度,例如60度以形成一个螺旋。这两个转子都由发动机曲轴通过皮带驱动,与废气系统不相干。机械增压器跟曲轴之间存在固定的传动比。这两个相向旋转的转子各有若干个突齿,在工作时互相啮合。扭曲的转子跟特殊设计的进口和出口几何形状相结合,有助减少压力波动,使空气流动平稳,工作时噪声较低。这种设计也使其效率比传统的罗茨鼓风机为高。这种带有螺旋式转子和轴向进口的机械增压器可达到14,000r/min的转速,从而缩小了体积。它可利用出口法兰直接通过螺栓连接到进气管上去。机械增压器通过它的置换体积和皮带传动比来跟发动机相匹配,同时能够在任何发动机转速下提供过量的空气流。
机械增压器在发动机的安装
机械增压器在汽油机上的安装情况跟涡轮增压器一样,也可以带中间冷却器。这台机械增压器有个特殊设计的旁通阀,它是由发动机节气门产生的真空度操纵。当发动机不需增压时,这个旁通阀就会使增压空气进行环流,以便节省能源。发动机进气系统跟安装机械增压器的底座连成一体。由于每台发动机都有独特的安装要求,所以大多机械增压器都被设计成用于特定的发动机。