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標題: [討論] 鼓風‧增壓漫談渦輪增壓技術 [打印本頁]

作者: nt1972 時間: 2015-12-9 01:52 PM 標題: 鼓風‧增壓漫談渦輪增壓技術

因舊技術規限，渦輪增壓器引擎曾經不容易通過世界主流廢氣排放標準，生產型號在幾年前一度下滑；但隨著新引擎及渦輪本體技術的提升，過去幾年局面逐漸扭轉，渦輪增壓器已成為不少車廠的主流。這個封面故事，讓我們重溫一次渦輪增壓器的工作原理，在介紹重點新技術之外，當然少不了幾款近期讓人垂涎的不同級別渦輪增壓好車，並由關兆昌先生逐一試車。

源於高空需要
將空氣增壓的概念在第一次世界大戰時期出現，那時主要運用在航空技術之上。飛機在相當的高度時，空氣的密度相對減低；一般而言，高度每上升300米，空氣的密度會相對下降約3%；因此當飛機於3,000米上空飛行時，以自然方式吸氣便只能吸入在地平面上運轉時原來的七成空氣，引擎吸入的空氣帶氧分子減少，令動力表現大受影響。為了將問題解決，工程師便構想出增壓作用，使引擎有足夠空氣進行燃燒，維持動力輸出。

在汽車層面上，高性能賽車的需求令高效能引擎研發空間大為提高。較早期的設計，汽車工程師曾利用引擎曲軸及齒輪組帶動的機械式增壓裝置，進行空氣增壓，這些採用脈瓣式或離心式增壓器的設計，以引擎數倍的旋轉速度運轉增強動力的同時，也消耗了引擎部分的動力。後來，使用排放廢氣壓力來推動的渦輪增壓裝置被開發出來，由於使用的是廢氣動力，所以理論上並不會損耗引擎原來的效率；但是排放的廢氣帶來極高溫的作業環境，那是渦輪增壓裝置必須克服的問題。

渦輪增壓基本原理
渦輪增壓器(全名Turbocharger) 的原理及結構基本上頗為簡單。它的外型就像兩隻蝸牛連在一起，其中一隻蝸牛叫廢氣渦輪(Turbine)，它連接到引擎排氣喉前段，利用引擎排放的廢氣壓力來驅動內裡的渦輪葉片。渦輪葉片經過中心軸連動另一端接駁生氣管蝸牛的壓縮葉片，這隻蝸牛叫壓縮渦輪(Compressor)，壓縮葉片轉動產生負壓形成強大吸索力，並將更多新鮮空氣，即更多的氧分子在高壓力下逼入汽缸，同時間加大供油量，額外的氧加上額外的燃料，在同一個汽缸爆炸衝程裡產生更大的作用力，汽缸運行所帶著的動能加劇，一般而言，在引擎中、低轉速時造就出強大扭力、中、高轉速時強大馬力的輸出特性。

高/中/低壓
自然吸氣引擎藉由汽缸內活塞下降時產生的負壓來吸入混合氣，理論上被吸入的混合氣壓力的最大值不會超過0 bar；但是Turbo引擎就可以將混合氣壓力提高到大氣壓力以上。一般泛指，所謂低壓Turbo，其最大增壓值大約在0.5 bar或以下；中壓Turbo，其最大增壓值大約在0.6-0.9 bar之間；高壓Turbo，其最大增壓值大約在1.0 bar或以上。三菱Lancer Evo. 9使用的2.0公升280匹馬力Turbo引擎最大增壓值達1.2 bar，曾是原裝車來講相當高的數值，不過目前的平治CLA 45 AMG的2公升引擎要榨出360匹馬力，Turbo最大增壓值已達1.8 bar。

加裝渦輪增壓器並不是跑車、賽車的專利，貨車、轎車等的柴油引擎都可以，柴油Turbo引擎的最大增壓值普遍較汽油Turbo引擎高，動輒超過1.5 bar。極端的例子，如改裝後過千匹馬力的GT-R，其Turbo的增壓值可以大到2.5 bar，不過這樣的設定對引擎的壽命有很大的負面影響。

當進氣壓力大於設定值，渦輪的洩壓閥門便會自動洩壓，保護渦輪及引擎，因此，引擎的結構及用料，也要因應高溫、高壓、高性能而作出強化，所以加裝渦輪增壓器的汽車成本便較高了。

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