機械增壓：汽車動力的隱秘之源
\文 鄭嘉晉 \編 謝明翰
前言
隨著汽車工業的進展，工程師和設計師持續尋求提升引擎性能的方法。在所有的嘗試中，機械增壓逐漸站在了前線，為無數的車輛注入了更強大的動力。但機械增壓又是什麼呢？它是如何工作的？本文將帶您深入探索機械增壓的世界。
機械增壓歷史
機械增壓不是近年才出現的技術。早在1908年，Chadwick Big Six就是第一輛裝配了增壓器的賽車。
賓士汽車於1923年率先推出其1.6和2.6升的量產車，這代表著機械增壓技術正式踏入市場。不久後的1924年，增壓器技術已被引入到Indy 500賽車中。隨著時間的推移，從Bugattis、Mercedes到Buicks，賽車手們開始依賴增壓器來提升其賽車的性能。其中，Mercedes的大獎賽車和Harry Miller的Indy賽車受到了廣泛的矚目。
到了20世紀30年代，隨著對增壓器優勢的了解逐漸深入人心，許多人都希望能體驗到增壓器帶來的動力提升。當第二次世界大戰爆發時，增壓器和渦輪技術都在飛機上展現了其關鍵作用，其中，配備Rolls-Royce Merlin增壓器引擎的Spitfire戰鬥機更是成為二戰期間的代表之一。
戰後，增壓器在新成立名為一級方程式的賽車比賽中又一次證明了其霸主地位，如Alfa Romeo 158和159這些經典賽車就是當時的佼佼者。但到了60年代初，增壓器在一級方程式中被禁用，不過在Indy 500賽事中仍然受到歡迎。
在商業市場上，增壓器為各種汽車，從小巧的跑車到高級豪華車，都帶來了令人驚歎的性能。雖然現代的渦輪技術因其效率和成本效益逐漸在某些領域中取代了增壓器，但像Jaguar、Volvo和Land Rover這些品牌仍對增壓器情有獨鍾。
最終，Audi領先業界，推出了首款搭載電動增壓器的SQ7 TDI，其特色在於由電動機驅動的增壓器從零轉速開始便能即時響應，達到零延遲。
什麼是機械增壓？
機械增壓，又名超級增壓(supercharger)，簡單來說，機械增壓是一個專為提高引擎性能而設計的機械裝置。但對於依靠氣缸內與氣缸外的氣壓差來為氣缸充氣的自然進氣方式，氣缸的充氣氣壓絕對不可能超過一個大氣壓力，這也是自然進氣發動機的物理極限，那如何提高發動機的充氣效率呢?從自然吸氣的原理可以知道，唯一的做法是強制性地向燃燒室“泵”入更多的空氣，而不是依靠活塞下行被動地“吸”入空氣。這就是強制進氣(Forced Intake)誕生的基本思路。強制進氣的方式，被分為機械增壓以及渦輪增壓。目前我們聽說比較多的是渦輪增壓，在此也不再贅述了;而機械增壓則是另一種強制進氣的形式，它的總體工作原理是，由曲軸皮帶輪帶動泵氣機，將空氣壓縮至超過一個大氣壓力，並送入氣缸內參與燃燒。
機械增壓的種類:
- 魯氏（Roots）機械增壓器：這是最古老的機械增壓類型，魯氏機械增壓器是機械增壓家族中最先設計的，早在1860年由Philander和Francis Roots發明並且申請了設計專利，最先的目的是用於礦井內部通道的通風。在內燃機發明後，1900年，Gottleib Daimler首次在汽車發動機中安裝了魯氏機械增壓器。如圖一所示，魯式增壓裝置主要是透過兩個造型相同，如同螺絲般的輪軸，在彼此互補的的間隙中壓縮空氣，來達到增壓效果。
2. 雙螺旋式機械增壓器：雙螺旋式機械增壓器是一種發動機增壓技術，它與魯氏機械增壓器相似，但具有其獨特的特點。這種增壓器採用一對螺旋狀的轉子，能夠提供更為穩定的增壓效果。它又被稱為羅茨鼓風機，與魯氏增壓器的工作原理近似。不同之處在於，雙螺旋式增壓器使用兩根嚙合的轉子，形似渦輪傳動，來吸入和壓縮空氣。
相較於魯氏增壓器的間歇式空氣吸入，雙螺旋式增壓器則能連續壓縮轉子殼體內的空氣，這是因為其轉子具有一定的錐度。這意味著當空氣從增壓器的進氣口流向排氣口時，其通過的氣道會逐漸收縮。由於氣道收縮，空氣被持續壓縮到更狹小的空間中，使得增壓器能連續壓縮空氣。這不僅提高了其壓縮效率，還意味著增壓器的設計可以更為緊湊，而不需特別龐大。
3. 離心式機械增壓：離心式機械增壓是一種先進的發動機性能增強技術，它利用離心力將空氣進行壓縮，再將這些壓縮後的空氣引導至引擎，實現更高的增壓效果。其核心工作原理涉及一個由驅動器驅動的葉輪(impeller)或小型旋轉輪。當這葉輪旋轉時，空氣被吸入並壓縮於小型的蝸殼壓縮機殼體內。此時，空氣以高壓、低速的狀態存在，並隨後被送入發動機。這種方法提供了額外的壓縮空氣，使得發動機可以更高效地燃燒燃料，從而產生更高的燃燒效率。最終，離心式增壓技術不僅使引擎的性能大幅提升，還使得車輛的速度更快、反應更為靈敏，大大提高了整體駕駛體驗。
結論
機械增壓的發明和發展，不僅僅提升了汽車的性能，更是推動了整個汽車工業的進步。無論是傳統的魯氏式，還是現代的電動增壓，每一種都有其獨特的工作原理和優點。對於那些熱愛速度和動力的駕駛者來說，了解和掌握機械增壓的知識，將使他們在馬路上更加自信
文獻參考
1. 維基百科-機械增壓: https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%9C%BA%E6%A2%B0%E5%A2%9E%E5%8E%8B%E5%99%A8
