[求助]渦輪增壓與自然進氣二者有何差異與優缺????

h09136

	Smart在1000cc之前都是有渦輪增壓的配備,但身邊懂車的友人大都建議自然進氣的車較好維護,請問各位大大能否為我解答,好困惑哦......

honyu2004

	[這篇文章最後由honyu2004在 2008/10/10 10:40am 第 1 次編輯] 6 J& Z0 _& ?8 {# v6 A& N: q: u 一部車從開發設計之際便針對要賦予該何種特性進行研究,基於已有定論的概念來執行,引擎則配合車輛的特性 與必要性進行開發與選擇,與其由造型設計來判斷車輛的特性,還不如從了解一具引擎著手,比較能夠正確地掌握一部汽車的性 格與特性。如果要選擇一部自己喜歡且符合使用目的的車輛,首先要充分了解認識引擎的特性 ,從各種構成引擎的零組件便能判斷出引擎特性的差異,另外藉由引擎的性 能曲線圖表,也能夠比較正確地認識該具引擎的性能。 　市面上一般汽車的引擎多以自然進氣（NA）為主,引擎型式可分為直列、水平對臥和V型三種,這些是以汽缸排列與曲軸呈現的位置關係所訂定。直列式的汽缸在目前轎車用引擎來說是普遍、最傳統的配置,此乃由於直列型在引擎規格（尺寸）、進排氣系統在設計的自由度、生產性 、生產成本等修條件下,能夠取得良好的綜合性平衡。水平對臥式引擎,係根據其複數之汽缸被分為兩等分,以曲軸為中心呈180度分列左右的形狀而取名,由於呈水平故汽缸蓋、氣門系統皆採水平配置,因此引擎重心位置極低,也就是水平對臥的特徵。水平對臥式引擎因為活塞的往復運動 是左右相對向運作,所以震動便有所抵消,因此其運轉之平順亦是優點之一。 . X9 {6 A# ?- e( g! _$ AV型引擎係將複數的汽缸分成兩部份配置於曲軸的左右兩邊,將汽缸分成兩邊呈V型可縮短因汽缸的增加而增加引擎的長度,而V型汽缸分為左右兩邊的配置,其構想源自於水平對臥式引擎,而容易搭載於底盤上,並且能夠直接的運轉順暢、強勁的動 力,正是其魅力在。 - n3 c2 X, X& e4 g* z# l上述引擎型式與系統為目前一般車界所適用的式樣,而車廠大量化製造的汽車均因考慮到生產時效、材料成本的節省,故所設計的汽車在於性 能表現上都並非是最好的,於是對於動力性能輸出不甚意的車主們,於是便興起改裝的念頭,以自然進氣引擎來說,可分為增排氣量（俗稱拓缸）、改裝渦輪增壓器及機械增壓等來提升動 力輸出。 　在增加排氣量方面,決定要素主要是由汽缸內徑（缸徑）、活塞往復的行程（衝程）以及汽缸的數量,其中缸徑和衝程就是決定引擎性 格的重要關鍵,依照缸徑與衝程的比率可將引擎分類成:長衝程設計（衝程＞缸俓）、方型汽缸設計（衝程＝缸徑）以及短衝設計（衝程＜缸徑）。 提升自然進氣引擎效率的方法 　引擎主要的零組件是由軸承以及活塞、連桿、曲軸、飛輪等所構成,活塞、連桿、曲軸等是將燃燒室所產生的熱能轉變為動 能時相當重要的組件。因此在改裝上引擎零組件必須具備小巧質輕、慣性 質量小、低摩擦阻力以及具備承受燃燒壓力的度與耐用度。 ) y5 ^1 }& ]' ]  j' T高效率輸出的據點---燃燒室 7 L* X6 \6 q4 e; C5 I  a! w) \　燃燒室就是由活塞的上死點與汽缸蓋、汽缸之間所形成的空間謂之,燃燒室的形狀、氣門系統與進排氣系統有著密切關係,燃燒室的形狀可區分成楔型、半球型、浴槽型（Bathtub type）稜頂型（Pentroof type）等,讓燃燒室內的混合氣形成渦流,藉著油氣的充分混合便可提高燃燒效率,以稀薄的燃料達成高效率的燃燒運作,產生渦流的方法便是在燃燒室的形狀作一些變化,而修改進排氣門的夾角是常見的設計。 5 Y) j' ^2 A$ \2 }& M8 r( q; f" Z; x汽缸體 在改裝上為了增加排氣量必須把活塞的缸徑加大與汽缸套（Cylinder Liner）的削薄或者更換,汽缸套的主要功能是直接承受引擎的燃燒壓力,而為了能夠耐得住燃燒時所產生的高溫,必須具備充分的強度,因此在改裝時材料的選擇相當重要。 活塞 1 [( I3 b. B0 a0 ?8 ]在引擎零組件中,活塞的運動量最大承受溫度與壓力的變化也是最激烈,活塞的形狀呈圓筒型,最上端為活塞頭,圓周邊上刻有環溝下端為裙部,活塞頭絕對不是平的,為了計避免觸碰與撞擊而妨礙到進排氣排門的活動 ,故有些活塞頭會刻有凹痕,目前的活塞幾乎都是由鋁合金鑄造而成,而改裝部品為了要求更高精密度和強度與輕量化,則採用鍛造活塞。 * o9 D) @) \% Z4 H( e% v連桿 　將活塞與曲軸連結而把燃燒壓力傳遞至曲軸的就是連桿（Connection rod）,連桿為了將活塞承受的燃燒壓力傳達至曲軸,因此在材質上多半使用碳鋼,而改裝過的高壓縮比及扭力強大的引擎,甚至使用鋼與鉻、鉬、鈦等合製成高硬度合金材質。 曲軸 燃燒所產生的壓力會轉變成推動活塞的上下運動,而將上下運動 轉變為迴轉運動即是曲軸,一般而言曲軸材料為一體成形的鑄鋼製品。但常會有彎曲變形的情況,因此改裝的部份均採用輕量化鍛造的曲軸,而支撐曲軸的軸承也因為現代科技的改良,加上機油品質的提高,單位面積荷重當然也變大,引擎的耐用度也大幅提升。 凸輪軸 $ M2 m& x, w+ j8 F" l# W1 s　由於引擎凸輪軸常見可分SOHC與DOHC凸輪軸,其主要差異為單雙之分,單凸輪軸是進、排氣的控制共用於一支凸輪軸,而雙凸輪軸則是兩者分開,凸輪軸的功能在於推動 進、排氣門,對氣門開啟、角度、速度等特色,因此一般改裝為了發揮更大的動 力,所以增加更多的混合氣,為了要達到此目地必須更換凸輪軸,以增加氣門開啟量及時間。上述引擎內部零組件為改裝需較注重的部份,其他如飛輪、氣門機構、進排氣機構及汽缸蓋等均需要一併注意,對於改裝者來說,其中任何的小細節都會影響日後動 力輸出及品質耐用度,所以不得不重視其相關性。 渦輪增壓 * x6 W4 b8 t! F1 ]' j7 R   渦輪增壓是目前最流行及最有效的方法,其原理主要是利用排廢氣的壓力驅動 渦輪,並且以渦輪(Tubine)帶動同軸的空氣壓縮葉片,壓縮吸入的氣流再送往汽缸。一般自然進氣的引擎是藉由汽缸內活塞下降的負壓來吸入混合氣,因此被吸入的混合氣其壓力在理論上最大值應不超過一大氣壓,但是高增壓的Turbo引擎郤可以將混合氣壓力提高到一大氣壓以上。在氣壓低時,被吸入汽缸內的混合氣壓力就低,造成引擎出力也比較小;無論何種自然進氣引擎,在氣壓低的地方其性 能都較正常氣壓下為弱,渦輪增壓器正是以前航空工業為了解決飛機在高空飛行時,出力減弱的情形而開發產生。藉由高溫、高壓的廢氣循環來驅動 渦輪葉片,理論上以每分鐘10~20萬轉的高轉速運作,將可使引擎出力提升30%~40%! ' ~+ R9 [' X9 }# J    渦輪增壓器本身體積小、重量輕,但總需要一定的廢氣循環的動能,才能夠順利推動 ,在廢氣壓力未達設定值之前,渦輪增壓器的效率很低(渦輪推不動),強制進氣量不足的情況下,反因為引擎壓縮比較自然進氣引擎還低,活塞下拉時所帶動 的吸力更顯不足,引擎效率低落;由於只要一待引擎轉速足夠,動力表現隨即恢復正常,因此這種現象便稱為「渦輪遲滯」〈Turbo Leg〉。 　為了解決渦輪遲滯的現象,各家遂有不同的設計因應,也就出現不同特性 。渦輪增壓器的特性是由A/R值所決定,A是指廢氣排放吹到渦輪上出口的截面積,R是指由渦輪中心到排氣口中心之間的距離,A/R值愈小,則引擎低轉速區域的渦輪扇葉的迴轉力就愈強,反之則不達高轉速渦輪便很難推動 ,注重低轉速扭力的渦輪,其A/R值約0.2,而高轉速為0.7,而渦輪直徑與慣性 質愈小,對引擎轉速變化的回應就愈小,換言之,渦輪直徑愈小油門反應就愈靈敏。 - [7 p' l& W& l( S一般而言,渦輪增壓在改裝市場上的主流改裝方式,是以配備渦輪增壓器的車輛做為素材,進一步「壓榨」引擎輸出功率,而其好玩之處也就在於引擎輸出功率的「增幅」彈性 相當大,不像改裝自然氣,耗費許多工夫之後,馬力輸出功率相當有限。 機械增壓 ; ~' H/ P- O( ^4 [- f4 Z　增壓器是以不增加引擎排氣量為前提,而使動力輪輸出提升的方法,最早的增壓器全部都是機械增壓,在剛發明時被稱超級增壓器(Supercharge),後來渦輪增壓發明之後為了區隔兩者,起初渦輪增壓器被稱為Turbo Supercharger,機械增壓則被稱為Mechanical Supercharger,久而久之,兩者就分別被簡化為Turbocharger與Supercharger了!渦輪增壓器是利用引擎的廢氣排放來驅動 壓縮機;至於機械增壓器則是直接利用引擎出力來驅動增壓器,再將高密度空氣送入汽缸內以提高引擎的輸出功率。 : ?. W0 Z# N; T$ w- P! d* Z7 g　機械增壓器壓縮機的驅動力來自引擎曲軸,一般都是利用皮帶連接曲軸皮帶輪,間接將曲軸運轉的扭力帶動 增壓器,達到增壓目的。依構造不同,機械增壓會經出現過許多種類,包括葉片式(Vane)、魯氏(Roots)、溫克爾(Wankle)等型式,而活塞運動 最早也被認為是一種機械增壓;時至今日,則以魯氏增壓器最被廣泛使用,更是改裝的大熱門。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,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。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。 % ~" O/ c2 q8 H3 n+ Q　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,因此在改裝界也頗受歡迎,尤其是原本為自然進氣設計的車輛,尤其適合改裝。     比較講究的渦輪增壓器會設置洩壓閥(Blow off valve)以釋放過多的壓力，其作用在於平衡進氣壓力，防止壓力過大，對節氣門構成不良影響。目前國內改裝機械增壓器的車款，以雙B為最大宗，不過現在也有些國產車系如Galant等也出現改裝機械增壓的版本。 想分享給大家參考看看囉，如果心得不夠多的話，就請版主勞駕

h09136

	寫得好詳細,謝謝

dennisfan

	根本就是論文了嘛~~ 佩服佩服!!

661213

	論文+1 + ]' X& u" E0 {- x讚啦

to100888

	謝謝分享喔......