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[百問] 渦輪要加大什麼?(上)
渦輪升級原理導論

2022.01.17  作者:OPTION   圖片來源:OPTION編輯部

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相同排氣量下,搭載渦輪系統的引擎出力總是能比自然進氣引擎來得強上許多,且在渦輪引擎先天架構下,若還想進一步提高增壓值或加大渦輪出風量,其難度也比自然進氣引擎外掛渦輪簡單許多,因此才有渦輪車改裝潛力足的說法,不過該怎麼加大渦輪才能獲得最大效果,就讓筆者說給大家聽。

問題一:渦輪增壓強制進氣為何能獲得比自然進氣引擎更大馬力?

為何渦輪增壓引擎能獲得比相同排氣量的自然進氣引擎,更強大的動力輸出呢?靠的就是讓更多空氣進入到引擎燃燒室中,來壓榨更大馬力。其作動的順序如下:首先是將引擎廢氣排入排氣側渦輪(驅動輪)內,廢氣就會推動完排氣葉片後,才會進到Front Pipe內,並排到中尾段排氣管。

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,將空氣從中間的進氣口吸至壓縮室中,而經壓縮的空氣則會排出渦輪外,並透過管路到中冷器內散熱,最後才會被壓送至汽缸內燃燒爆炸。

渦輪增壓器的基本工作原理,就是透過引擎燃燒後的廢氣推動排氣葉片,同時驅動進氣葉片渦輪,使其吸入空氣並且強制導入引擎燃燒室內,使燃燒室灌入更多空氣,以產生更強大的爆炸力量,使引擎發會更強勁的性能輸出。
原廠就已搭載渦輪系統的引擎,其強度已比自然進氣引擎好上許多,因此只要藉由提高壓縮比或更換出風量更大的加大渦輪,就能快速獲得更強大的馬力。

另外,在空氣從濾清器吸入到引擎的過程中,設在空氣濾芯後方的流量計,則會告知ECU所測得的空氣流量,下令噴油嘴噴出適當的燃料,而加速時歧管壓力感測器將感知歧管的壓力,在超過設定的增壓值時,就會開啟Actuator排氣洩壓閥排出多餘廢氣,以維持增壓值的最大上限;而回油時位於節氣門前、渦輪後的進氣洩壓閥會被負壓吸開,將管路內的正壓空氣導回空氣流量器之後,或直接洩放大氣,來確保增壓氣體不致逆衝回渦輪,以上就是Turbo引擎的動作流程。

透過渦輪增壓動作,將空氣充滿整個進氣管路,達到正壓狀態,加上高壓空氣隨時等著進入燃燒室內,使燃燒室灌入更多空氣下,燃燒爆炸後的力道,當然會比引擎自己吸入空氣的方式來得強大,而這也是渦輪引擎之所以出力會比較強大的原因。

像圖中這部WRX STI(VAF),已更換為出風量更大的Garrett 3071R渦輪,預估馬力可提高到500匹,不過周邊系統與管路也要一併調整,這是日系車常見的加大渦輪方式。

問題二:何時要會有加大渦輪的需求?

因應不同的引擎排氣量與使用需求,渦輪也有分大小顆,其差異在於空氣推送量的多寡,簡單來說較小的渦輪作用時機早,較快轉為正壓,以一般市區行駛著重在較低轉速,或者自排車輛都應優先選擇號數小的本體,而什麼樣的情況下才需要升級選用號數更大的Turbo呢?大致上有兩種狀況,一種是現有的渦輪本體,已經無法在高轉、高負荷時維持壓力,也就是說高轉時渦輪錶的增壓值會有下降的現象,表示此渦輪在高轉速時所泵出的氣量已經不敷引擎所吸入的容積,所以錶壓才會開始走下坡,也等於Turbo本體全輸出下,不足提供足夠的氣量給引擎使用,為了達到駕駛者所期許的壓值才需要更換加大渦輪。

如果渦輪升級幅度太大或打算設定高增壓值,建議引擎內部活塞連桿最好能換成強度更高的鍛造部品,以確保引擎能承受升級後的高壓、高溫摧殘。
加大渦輪後一定要將連結渦輪與中段排氣管的Down Pipe,更換為直通式樣,因為此管路內原廠設有觸媒轉換器,是高溫廢氣阻塞點,如果沒有設法提高廢氣排放順暢度,很容易造成排溫過高,不是傷引擎就是傷觸媒。

另外一種是為了提昇加速能力,說穿了也是為了在同等時間內泵出更多氣體,送入汽缸中,但是較大渦輪卻容易使引擎在低轉速時,因為汽缸排出的廢氣不足以讓渦輪達到最大的增壓狀態而有遲滯現象的,此現象因渦輪加大後,相對有明顯增加,對駕駛而言是一種滿困擾的問題。不過不論如何,渦輪引擎想要突破原廠渦輪極限,進一步獲得更強大的馬力時,更換加大渦輪絕對是必經的過程,至於該如何改裝,以及渦輪大小匹配的問題,我們接著看下去。

目前透過原廠渦輪加工提高出風量的作法,除了在歐系車上愈來愈常見外,不少日系原廠渦輪引擎也逐漸開始出現相同改法,整體成效也相當良好。
部分日系車透過渦輪壓力控制器調高增壓值,雖然可獲得提高馬力的效果,但高轉速時的加速持續力,還是不會比加大渦輪來得有效。
只要動到渦輪出風量,建議最好能重新檢視供油量是否足夠,如果不足可透過改裝電腦或晶片進行補正,以確保引擎耐久性。

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