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【百問】何謂三階改的加大渦輪?
鍛造葉片增加出風量

2024.03.20  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,使引擎發揮強勁的性能輸出。

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。

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?大致上有兩種現象,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。

另外一種是為了提升加速能力,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。

問題三:加大渦輪有哪些方法?

目前加大渦輪的方式主要可分成兩種,首先是將原廠渦輪更換成體積更大、出風量更高的大渦輪,這種改裝是過去常見的做法,且改裝效果明顯,缺點在於周邊系統也要一併調整,例如排氣頭段、Down Pipe、進氣管路等,如果升級的幅度太大,甚至連供油、冷卻系統都需強化,以確保引擎運作正常,而這種作法目前也因為原廠渦輪引擎周邊冷卻管路相當複雜,有些車輛的渦輪頭段還與引擎上座合為一體,因此想要透過更換不同於原廠外型、體積的大渦輪,來獲得更大馬力的作法,已愈來愈不可行,於是開始了另外一種加大渦輪的技術。

另一種加大渦輪的新興方式,就是以原廠渦輪為基礎進行加工,先將進排氣外殼的口徑加大,再換上直徑更大的鍛造葉片,如此就可在不動到中心軸座的情況下,提高渦輪出風量,之所以要這樣做的原因,如此一來就不用額外製造排氣頭段,原廠提供的油水管路都還可繼續使用,因此以原廠渦輪進行加工加大,會是比較快速與省成本的做法,包含BMW、VAG、Suzuki、Honda與GT-R R35等引擎與車款,都可透過此方式來加大渦輪以提高出風量。

除上述所提到的各項渦輪加大的技巧外,Hybrid渦輪(混種渦輪)也是過去比較流行的加大方式。所謂的混種渦輪指的就是,採用進氣側大配合排氣側小的模式,將兩個完全不同的渦輪結合起來,創造出一顆全新的渦輪,之所以要這樣做的目的在於,希望能以較小排氣量的引擎,來使進氣側較大的葉片運轉,以達到高出風量的目的,並兼顧低轉速的反應(小排氣葉片較易推動)。

以Trust的TD05H Turbine為例,其便是由TD05驅動輪組合TD06的壓縮輪,所以是既有TD05的扭力又富TD06的馬力,不過這樣的搭配方式比例並不能太過極端,容易發生排壓升高而熔毀葉片的問題,最好是搭配廢氣釋放容量大的Waste Gate排氣洩壓閥,才能在高轉速時快速洩放排氣壓力,以減少排溫累積所造成的高溫問題。

問題四:加大渦輪時還有哪些注意事項?

取決渦輪大小的條件,必須視車主本身的使用要求,來決定渦輪大小,因為渦輪本身的尺寸愈大,雖然能提供愈多的空氣供給引擎,但相對的用來驅動渦輪的排氣壓力也必須增加。若低轉時不足無法快速推動渦輪旋轉的話,便會產生明顯的渦輪遲滯現象,所以想要更換大尺寸的Turbo使其發揮完全的增壓效果,足夠的引擎排氣是是基本的要素之一。

加大直徑的進氣葉片取得方式,目前都是以CNC加工鍛造鋁錠的方式來取得,也就是目前當紅的鍛造葉片,其優勢在於重量輕、強度佳、不用開模量產製造快速,缺點則是單一成本高。

而跳脫Turbo本身的尺寸容量外,A/R值也是影響增壓反應的重要參數,A等於Turbo出氣口的直徑,R等於進氣渦輪中心至出風口中心的距離,如果一個Turbo出氣口的內直徑為50mm,而進氣葉輪至出氣口中心的距離為62.5mm,A/R值則為0.8,此數值的大小關係著增壓時機及高速動力的表現,通常A/R值小的渦輪在低轉範圍增壓反應愈快,但轉速提高後出口阻力導致輸出受限,相對的A/R值大的渦輪,在低轉區的反應較差,當轉速提昇後,則可以送出較大的氣量。

從理輪上來說,只要引擎排出的廢氣足以推動渦輪,愈大的渦輪與愈高的增壓值對引擎的效益愈有利,但是在現實的環境下Turbo引擎存在高溫、高壓及高摩擦力的考驗,如何讓引擎在中低速時即產生充沛的扭力,高轉時又能確實的發揮最大馬力,正是改裝Turbo時最重要的前提,如果從價位為取決的話,根本就不必考慮上述的種種條件。假使車主考量到精緻柔順度及油秏的話,Turbo本身的尺寸、A/R值及增壓值的設定就必須採用保守的低數值,但就不能期待有強大輸出的表現,如果是用來挑戰成績的話,大A/R值的渦輪就是首選,但這時還須面對引擎腹內零件的強化、加大排氣量的抉擇,與其他需要金錢與時間累積的項目,因此要玩大馬力的設定,財力還是決定一切。

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6 天 前

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