汽车机械增压的利与弊
2014-06-25 10:10 艾森ECU升级(北京运营中心)
使用增压器是达到强制进气目的的好帮手。在这篇文章里，我们将会介绍何谓机械增压，它们是如何工作以及与涡轮增压相比时的优劣之分。
增压器是什么？
任何的增压器都是一种能够通过压缩空气来增加“大气压力值”的装置。涡轮增压，机械增压都是如此。事实上，“涡轮增压器”是一种缩写，其全称应当为“涡轮机械增压器”(Turbo-Supercharger)。
涡轮增压器与机械增压器的区别在于其获取运转能量时的来源不同。涡轮增压是使用引擎排放的废气来推动，而机械增压则是通过使用链条或齿带连接引擎曲轴来带动。
一具普通的往复式4行程引擎在吸入空气时有以下3个步骤：
1．活塞往下运动
2．制造真空状态
3．真空导致气缸外大气压强大于气缸内，空气被吸入燃烧室
当空气被吸入燃烧室后将会迅速与燃油混合形成可燃气。然后在压缩行程时被活塞压缩，并且在未到达上死点前由火星塞点燃。此时产生的爆炸力将推动活塞往下运行，提供动力给曲轴最终传达至轮胎。
注入更多的燃油进燃烧室将会产生更有力的爆炸。但你不能仅仅只增加燃油量，因为使得引擎有效运转的最佳空燃比为14：1。所以重点在于：在增加燃油的同时，吸入更多的空气。
这就是增压器的工作，提高进气门附近的大气压力，使得空气能够在除了真空吸入以外的情况下还能被强制压入引擎。有了更多的空气就能注入更多的燃料，从而获得更多的能量。一具增压器可以平均提升40%的马力和31%的扭矩。
机械增压器是如何工作的？
不像涡轮增压器使用废气驱动，机械增压器通常是通过一条齿带连接引擎曲轴来带动。这条齿带在曲轴转动时带动增压器上与“传动齿轮”(drive gear)相连的“滑轮”(pulley)，然后在传动齿轮旋转的同时连带着“轮叶齿轮”(driven impeller gear)一起转动，最终让轮叶能够高速运转。
为了能压缩空气进入燃烧室，轮叶的转速必须比引擎的转速还要快。使用比与其相连“轮叶齿轮”大的“传动齿轮”能产生此效果。一般机械增压器的轮叶转速能达到5万至6.5万转每分钟。
5万转的增压器能产生大约6-9psi的压强。由于海平面大气压强为14.7psi，也就意为着有大约50%多余的空气将会被增压器压入引擎中。
当空气被压缩的同时，温度也会随之升高。而由于高温空气的密度低于低温空气，含氧量减少，燃烧效率降低，使得其在被压缩点燃时无法产生应有的能量，所以压缩过后的空气必须降温。中冷器(intercooler)的出现解决了这个问题。当高温高压空气经过中冷器时，冷却水或冷空气作为热交换媒介有效的降低了压缩空气的温度，虽然在此过程中会损失部分压力。
Roots式机械增压器
现在常见的机械增压器主要有三种式样:Roots式，Twin-screw式和Centrifugal式。
它们最大的不同点在于其压缩空气的方式不同。
Roots和Twin-screw使用的是不同种类的meshing lobes机构，而Centrifugal则采用的是类似涡轮的轮叶机构。而且虽然这三种机械增压器同样都是为了制造压力，但他们之间的效率却有一定的差别。
Roots式机构早在1860年代就被设计出来且用于管道的通风系统上。但直到1900年才被Gottleib Daimler应用于汽车引擎。
当meshing lobes开始旋转时，大量的空气在短时间内由上方的入口被吸入，再经由下方的排出口送出，从而制造出所需要的正压。也正因为如此，机械增压器又常被称为“鼓风机”(Blower)。Roots式机械增压由于体积较大并且只能装置在引擎的上方，所以通常只被应用在美式肌肉跑车或专门用来比直线加速的赛车上，因为这些车可以毫无顾忌得在引擎盖上挖洞(或干脆直接拿掉)来放置增压器。
Twin-screw式机械增压器
与Roots的工作原理相同，Twin-screw也是使用的两根meshing lobes来压缩空气。但由于Twin-screw的meshing lobes被设计成回旋样式，使得吸入的空气能够被集中起来并压缩在一个更小的空间里。
这种需要精密加工技术的设计让Twin-screw式增压更有效率，同时却也更为昂贵。而且当被压缩过的空气从排出口挤出来时，会发出巨大的噪音，让使用者不得不另外花钱装置消音器。
Centrifugal式机械增压器
离心力(Centrifugal)式增压使用的是一个类似涡轮的装置，其轮叶能够在很短的时间内以高达50000至60000RPM的转速将空气压缩。
但与此同时，轮叶的高转速却使得从排气口出来的空气处在高速低压的状态。为了增加压力，工程师们在出口处设计了一个挡板。当被推挤出来的空气冲击到挡板时，流速降低，压力因此被从新聚集起来。
体积小、重量轻和可以安置在引擎前方的优点让离心力式增压成为最有效率、最普及的机械增压器。
现今市场上大多数的机械增压套件来自与改装厂，但也有少部分原厂车出厂时就已安装。
机械增压的优点
装置增压器的目的是为了能够让引擎拥有更多的马力。但如何在机械增压器和涡轮增压器之间做抉择呢？这个问题同样让工程师们很伤脑筋，但总体来说，机械增压还是略胜过涡轮增压。
首先，机械增压不会产生延迟(Lag)。
涡轮增压的启动需要有足够多的废气来支持，而这通常会需要一点时间。机械增压的驱动力则直接来自引擎的曲轴，当引擎启动时，机械增压就已开始工作。
其次，由于涡轮增压对排气系统要求很高，需要在改装时一并对其进行强化，而机械增压只需装置在引擎上即可。
最后，当你要熄灭引擎时，涡轮增压引擎通常需要30秒左右的时间来让部件、机油冷却，而机械增压引擎则可以直接熄火，无需任何特殊保养。
机械增压的缺点
机械增压最大的不足来自其优点：由于机械增压由曲轴来带动，也就意味着驱动它就必须直接地消耗引擎的马力。大概有20%的马力消耗在驱动机械增压器上，但考虑到它能制造46%以上的马力，这点损耗实际上是值得的。
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