Turbo Power 最新渦輪引擎技術系列報導

hotcornet · 發表於 2013-5-14 13:53:57

不知大家有沒有發覺，最近剛發表的新車名單內，搭載渦輪引擎的車輛數似乎愈來愈多，連原本堅持自然進氣路線的車廠，也開始投入渦輪引擎的懷抱，難道渦輪引擎有著令人無法抗拒的魅力？抑或是渦輪引擎才能符合現今環保法規的要求呢？這些問題我們將一一在內文中為大家說明。

圖為Volvo旗下渦輪引擎的透視圖，可以清楚看到彩色的結構為渦輪增壓系統，這顆引擎雙增壓系統，因此構造更為複雜，也因為如此才會使搭載渦輪引擎車款的售價較高。

正負壓絕妙差異渦輪增壓技術探討:
相對於自然進氣引擎，渦輪引擎總是能提供更強勁的性能輸出，尤其在低速高扭力表現，更是令擁有過的人都上癮，然而在過去渦輪引擎有著油耗過重的缺點，也因此很難與節能畫上等號，不過這樣的缺點在導入諸多引擎新科技後，早已改善許多，到底新舊渦輪引擎有何不同呢？看下去就知道。

此圖為渦輪系統的作用圖，可以看出渦輪本體採用同軸雙葉片的設計，一邊為受排氣推動的排氣葉片，一邊為負責吸氣的進氣葉片，透過渦輪系統的輔助，將可使燃燒室灌入更多空氣，以發揮出超越排氣量的動力表現。

主/被動進氣方式
決定引擎輸出效率
面對溫室效應造成的全球氣候變遷問題，身為碳排放量前幾名的汽車工業，如何讓引擎更省油，排碳量更低已成為眾多車廠努力的方向，因此才會陸續見到電動車、油電混合車、氫氣車與高壓共軌柴油車的出現，至於數量眾多的汽油車，則逐步朝向小排氣量與渦輪化的方向發展。

其實早在這波渦輪引擎化的潮流之前，汽車產業就曾大幅使用渦輪增壓技術，但是由於油耗、散熱與渦輪遲滯現象等因素限制下，因此過去除了少數高性能車款外，絕大多數市售車並未搭載增壓引擎，而是沿用自然進氣引擎，然而在近年來隨著引擎科技不斷創新下，已逐步改善上述提到的渦輪引擎缺點，使得過去的吃油怪獸，反而成為兼具動力與節能效率的最佳選擇，不過在真正介紹新式渦輪引擎科技前，筆者打算先讓大家認識何謂渦輪增壓技術。

不像過去以強度較佳的鑄鐵材質為主，現在的渦輪引擎在金屬製程技術進步與追求輕量化需求下，本體多數皆採用鋁合金材質，不過也影響後續改裝的幅度。

在增壓引擎大量應用前，排氣量的大小基本上決定了一具引擎的動力輸出，排氣量愈大的引擎，理論上應該能輸出較大的馬力，反之亦然，然而小排氣量的引擎是否因此受限於先天條件，而無法有大功率的表現呢？答案是否定的，因為後來有了渦輪增壓系統的發明，該系統是將引擎燃燒後的廢氣熱能再回收，利用這些廢氣來推動渦輪增壓器，強制鼓送新鮮空氣注入引擎燃燒室內，
使小排氣量引擎接受超過其原本能吸入的進氣量，加上正確的供油比例設定，就能發揮出等同於大排氣量引擎的馬力及扭力。

目前許多原本堅持自然進氣引擎的車廠，旗下性能車紛紛改搭載渦輪增壓引擎，除了獲得節能效果，也有助於後續改裝潛力的發揮。

渦輪增壓系統回收廢氣再利用，Turbo引擎相較於自然進氣引擎，其硬體方面必備多出以下的零件：排氣頭段、渦輪本體、排氣前段、進氣冷卻器、進氣管路、進氣洩壓閥、與排氣洩壓閥等，渦輪增壓引擎作動的順序，首先是由廢氣流入排氣側內，然後一邊推動排氣葉片、一邊自中央出口排出，流向Front Pipe到中尾段排氣管，然後高熱的廢氣便會排向大氣中。

而在「排氣驅動輪」開始動作的同時，位於相反側的「進氣壓縮輪」也會跟著轉動，將新鮮空氣從中間的進氣口吸至壓縮室中，然後從側邊的出氣口中將空氣開始往引擎輸送，不過新鮮的壓縮空氣在進入引擎內前，會先通過中冷器降低空氣溫度後，才會被壓送至汽缸內爆發。

由於進入到汽缸內的空氣量，是以壓縮方式主動進入、而非引擎被動吸入，因此質量會多出自然進氣引擎許多，並超過一個大氣壓力，使得進氣壓力從原本的真空負壓，轉為壓縮正壓，在空氣量變多的情況下，只要補足適量的燃油，引擎爆炸力量自然會多出許多，這也是增壓引擎之所以出力會比自然進氣引擎多出很多的原因。

既然渦輪引擎有如此大的效用，但由於渦輪引擎多出許多昂貴零件，使車價偏高，非一般大眾所能接受，因此並非多數車輛都會朝向渦輪引擎來發展。

當然高油耗也是渦輪車無法普及的緣故，在過去渦輪引擎通常只著重於性能馬力的輸出，油耗數據的控制並非重點，因此車廠少針對油耗問題進行改善，直到近十年因為溫室效應與燃油價格節節攀升的緣故，使得眾多車廠不得不開始面對降低油耗的問題，也因此促使出「缸內直噴」系統與「可變容積渦輪」的發明，讓渦輪引擎不再是吃油怪物。

更複雜的管路是渦輪引擎難以避免的設計，加上工作溫度高，因此後續保養觀念與良好駕駛習慣的養成，是延長使用壽命的必學課程。

缸內直噴燃油系統完全燃燒每滴汽油，為何渦輪增壓系統配合缸內直噴引擎後，能大幅改善燃油消耗過多的問題呢？這點就需求這套系統的特性來說起。

在構造上，傳統多點噴射系統的噴油嘴是位於進氣歧管上，汽油的注入需經過進氣歧管、進氣道與進汽門後，才會進入燃燒室內，進行壓縮、爆炸等動作，而與空氣的混合也在此階段中就可完成，因為路徑長所以相對油氣混合的時間也較充足。

至於缸內直噴系統，則是將噴油嘴置於汽缸頂部，其特色在於引擎燃油的取得不需要經過氣門的開啟，而能夠藉由電腦主動控制噴油時間、壓力與噴射量，汽油是直接噴入汽缸內，所以才叫缸內直噴，事實上該系統很早就以應用於柴油引擎上，汽油引擎是近幾年才開始大放異彩。