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渦輪盛世來臨
Turbo Boost 特輯

作者.攝影/超越車訊

渦輪引擎科技大幅躍進後,動力輸出效率更高,油耗、排污更低的渦輪增壓引擎,逐漸成為新世代汽油引擎的主流,無怪乎頂級超跑到迷你小車,皆陸續換裝Turbo Engine。渦輪盛世,已然來臨!

渦輪引擎大躍進

自汽車被發明以來,工程師們便不斷地找尋讓內燃引擎擁有更高工作效率與輸出的方法,經過長久演進,新世代自然進氣引擎的效率其實早已臻至顛峰。不過就算如此,對於市售車而言,每公升排氣量要輸出100hp馬力其實已經相當驚人,就算是超跑之流,每公升排氣量也頂多能爆發120~130hp馬力,而且這還是透過超精密的製程以及高轉速才能達到的境界!
不過對於渦輪引擎而言,每公升排氣量輸出100hp馬力其實並不困難,在以往許多國際賽事的規範中,若容許渦輪賽車參戰,都需將排氣量乘以1.4倍後進行分組,也就是說,採用2.0升Turbo引擎的賽車,將與搭載2.8升自然進氣的賽車同組競技,換個角度想,渦輪引擎壓榨動力的能耐,少說也有自然進氣引擎的1.4倍;但事實上,賽車還有嚴格的進氣限流器口徑規範,若解除這項封印、不考慮耐久度加大增壓值後,渦輪可是有無限潛能,想想70年代的F1賽車,1.5升排氣量便可壓榨出千匹以上性能便可瞭解渦輪的可怕之處!正因如此,渦輪引擎在80~90年代的性能車壇紅極一時。不過渦輪引擎也不是沒有缺點,渦輪系統帶來的高溫高壓,對於引擎的耐用度是一項考驗,如此一來也不得不降低壓縮比應對,降低壓縮比也就等同於降低引擎工作效率;其次是令人詬病的渦輪遲滯現象,這對於講求反應的性能車而言可是一大致命傷,更別提高油耗與排污,也限制了渦輪引擎的普及率。

藉由可變氣門正時與揚程、可變進氣歧管、缸內直噴等科技,以及功能強大、運算快速的引擎監理系統之賜,渦輪引擎快速躍進;其中,缸內直噴技術是一大關鍵,不僅讓壓縮比由8.5~9.0一舉提升至10~11以上,並帶來大幅進步的油耗與排污;Twin-Scroll渦輪、可變幾何葉片渦輪的誕生,以及多樣化的系統配置方案,也克服了遲滯現象。在車壇掀起Downsizing風潮後,克服以往所有缺點的新世代渦輪引擎,開始蠶食鯨吞自然進氣引擎的版圖,陸續出現在各種級距的車款。上個月我們為大家介紹了M.Benz ML250 BlueTEC與BMW X5 xDrive 25d這兩部換上四缸渦輪引擎的大尺碼LSUV,這個月渦輪大軍更是傾巢出動,車身短小精悍的鋼砲們,持續藉由四缸渦輪引擎提供更多激情與樂趣:Subaru WRX與Nissan GT-R兩位日系戰將,靠著AWD系統與渦輪引擎開疆闢土;Maserati最新的Ghibli與Quattroporte車系,則全面換裝渦輪動力,就連BMW 528i與M.Benz E250等中大型房車,也捨棄六缸改以四缸渦輪引擎入替。近期,還有Ferrari California T、新一代的M3/M4等勁車即將出現。這不是開始,更不是結束,因為這股趨勢難以抵擋。
渦輪引擎工作原理
引擎爆發動力,靠的是燃料與空氣兩大關鍵要素,增加送進汽缸的燃料是小事一樁,但在自然進氣引擎中,空氣靠著大氣壓力被擠入汽缸中,因此理論上進氣壓力不會超過1大氣壓,也限制了引擎壓榨動力的上限;不過渦輪引擎可就不同了,渦輪其實就是一種空氣壓縮機,能將空氣予以壓縮灌入汽缸中,因此能產生大於1大氣壓的進氣壓力,這個進氣壓力,便是我們常聽到的「增壓值」(Boost),增壓值愈高,也就代表單位時間內能送進更多空氣至汽缸內,這是渦輪引擎能輕易擁有比同排氣量NA引擎更高輸出的主要原因。

內燃引擎將燃料能量轉化為熱能,再轉變為機械能推動車輛前進,但其實內燃引擎的熱效率(熱能轉換為動能的效率)其實並不高,有相當大的燃燒熱能(能量),是浪費在克服機件的摩擦耗損、冷卻損失,或隨著廢氣排放至大氣中;渦輪引擎,便可說是利用廢氣能量運作的一種方式。
渦輪本體是由進氣側(Compressor)與排氣側(Turbine)兩大部分組成,以中座總成連接,兩側分別有進氣與排氣葉片(Wheel)與外罩(Housing);渦輪本體安置在排氣頭段處,引擎廢氣由汽缸排出後,會先推動排氣端葉片才會排至大氣中,此時與排氣葉片同軸的進氣葉片也會跟著轉動,就像離心式壓縮機一樣吸入新鮮空氣,再透過進氣管路、Intercooler、節氣門、進氣歧管進入汽缸中,進氣壓力隨著空氣堆疊增加,便能產生大於1大氣壓的進氣壓力。

 

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