進氣形式_愛卡汽車

    渦輪增壓

有什麼用？

•加速迅猛直接，推後背感強。起步、超車時優勢明顯。

•可大幅度提高發動機的功率和扭矩，小排量獲得更強的動力性可得以實現。

 

不足：

•反應不直接，會有遲滯現象。

•養護成本高

誤區：

•渦輪增壓並不省油。多進氣就要多噴油，所以渦輪增壓相對費油。

•機械增壓和渦輪增壓各有所長，不能相比好壞。

代表車型：

君威1.6T 2.0T 致勝2.0T

技術概括：

    渦輪增壓器是一種利用內燃機（Internal Combustion Engine）運作所產生的廢氣驅動之空氣壓縮機（Air-compressor）。與超級增壓器（機械增壓器, Super-Charger）功能相若，兩者都可增加進入內燃機或鍋爐的空氣流量，從而令機器效率提升。常見用於汽車引擎中，透過利用排出廢氣的熱量及流量，渦輪增壓器能提升內燃機的馬力輸出

    一般車用內燃機在加裝增壓器後重量都會增加，所用作克服慣性（inertia）的能量會上升。因渦輪增壓器大部份時間都是利用引擎排出之廢氣驅動，所以較由引擎曲軸（Crankshaft）驅動之機械增壓器佔優。但因引擎於低轉運作時廢氣流量較低，渦輪增壓器之表現未如理想，出現渦輪遲滯（Turbo-Lag）現象。

    輪增壓的主要作用就是提高發動機進氣量，從而提高發動機的功率和扭矩，讓車子更有勁。一臺發動機裝上渦輪增壓器後，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一臺的發動機在經過增壓之後能夠產生更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發動機來說，經過增壓之後，動力可以達到2.4L發動機的水平，但是耗油量卻比1.8發動機並不高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經濟性和降低尾氣排放。

 

技術原理：

    渦輪增壓發動機是依靠渦輪增壓器來加大發動機進氣量的一種發動機，渦輪增壓器(Tubro)實際上就是一個空氣壓縮機。它是利用發動機排出的廢氣作為動力來推動渦輪室內的渦輪(位於排氣道內)，渦輪又帶動同軸的葉輪位於進氣道內，葉輪就壓縮由空氣濾清器管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。當發動機轉速加快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步加快，空氣壓縮程度就得以加大，發動機的進氣量就相應地得到增加，就可以增加發動機的輸出功率了。

    渦輪增壓發動機的最大優點是它可在不增加發動機排量的基礎上，大幅度提高發動機的功率和扭矩。一臺發動機裝上渦輪增壓器後，其輸出的最大功率與未裝增壓器相比，可增加大約40%甚至更多。

    最早的渦輪增壓器用於跑車或方程式賽車上的，這樣在那些發動機排量受到限制的賽車比賽裡面，發動機就能夠獲得更大的功率。　　

    眾所周知，發動機是靠燃料在汽缸內燃燒做功來產生功率的，由於輸入的燃料量受到吸入汽缸內空氣量的限制，因此發動機所產生的功率也會受到限制，如果發動機的運行性能已處於最佳狀態，再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進入汽缸來增加燃料量，從而提高燃燒做功能力。因此在目前的技術條件下，渦輪增壓器是唯一能使發動機在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機械裝置。　　

    大家可能會覺得渦輪增壓裝置非常複雜，其實並不複雜，渦輪增壓裝置主要是由渦輪室和增壓器組成。首先是渦輪室的進氣口與發動機排氣歧管相連，排氣口則接在排氣管上。然後增壓器的進氣口與空氣濾清器管道相連，排氣口接在進氣歧管上，最後渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內，二者同軸剛性聯接。這樣一個整體的渦輪增壓裝置就做好，你的發動機就好像電腦CPU一樣被「超頻」了。　　

    我們平常所說的渦輪增壓裝置其實就是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加發動機的進氣量，一般來說，渦輪增壓都是利用發動機排出的廢氣慣性衝力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入汽缸。當發動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量和調整一下發動機的轉速，就可以增加發動機的輸出功率了。

    渦輪增壓器常使用於增加內燃機的進氣量，進而增加馬力輸出量。在飛航應用上渦輪增壓器是為了能在高海拔的地方能夠有自然進氣引擎在低海拔的進氣量，通常稱之增壓正常化（turbonormalizer）。軸、軸承、輪葉與渦輪會以數萬到數十萬RPM運轉。許多種軸承在如此高的轉速需要潤滑與冷卻系統。渦輪增壓器的潤滑系統可以是獨立系統或是從引擎供油系統提供。提供潤滑系統的冷卻器可能為雙重冷卻系統，冷卻劑可以是外來的，如引擎冷卻系統，或是空冷機組。通常汽車上渦輪增壓器的潤滑與冷卻水系統是來自於機油與引擎冷卻液。有些特殊的軸承，像是箔軸承，能夠減少或不需額外潤滑且降低冷卻系統的門檻。

    CHRA的對面是渦輪機與輪葉，包含在它們摺疊起來像是蝸牛殼的錐形風罩內。這些風罩是在收集與導風流的方向。而這個風罩的形狀與大小可以很直接的影響渦輪增壓器的整體特性與性能。圓錐管道的每一處截面積（A）, 和該處與風罩中心所成的半徑（R） , 可以表示成一個比值（AR，A/R，A:R）。通常基本的渦輪增壓器擁有多種AR值的渦輪風罩可供選擇。這樣便可允許設計者對整個動力系統去對性能、反應度與效率去做協調。 

    廢氣渦輪增壓系統：這就是我們平時最常見的渦輪增壓裝置了，增壓器與發動機無任何機械聯繫，實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發動機排出的廢氣慣性衝力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增快，廢渦輪增壓技術

    氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量就可以增加發動機的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器後的發動機功率及扭矩要增大20%—30%。但是廢氣渦輪增壓器技術也有其必須注意的地方，那就是泵輪和渦輪由一根軸相連，也就是轉子，發動機排出的廢氣驅動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉，渦輪轉動後給進氣系統增壓。增壓器安裝在發動機的排氣一側，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉子的轉速非常高，可達到每分鐘十幾萬轉，如此高的轉速和溫度使得常見的機械滾針或滾珠軸承無法為轉子工作，因此渦輪增壓器普遍採用全浮動軸承，由機油來進行潤滑，還有冷卻液為增壓器進行冷卻。

    在加速型賽車內的一對渦輪增壓器套用到直列六缸引擎上以相當高的速度旋轉的壓縮渦輪機會吸引大量的空氣推進引擎內。當渦輪增壓機的輸出流量超過汽缸容量，進氣系統就會出現正壓。而組件旋轉的速度是與壓縮空氣總質量的氣流成比例。為了防止渦輪產生的壓力超出引擎的負荷，或是為了增加耐久度，轉速必需要可以被控制住。洩壓閥是最常見的機械式轉速控制系統，通常也會另外增加壓力控制器（boost controller）來輔助。洩壓閥的主要功能是當進氣壓達到設定的上限，一部分的廢氣就會繞過渦輪機，就會達到穩定壓力的效果。

    渦輪增壓器能夠提高輸出引擎效率，但是需要解決它的缺點才能推廣。汽車的自然進氣引擎為了吸取空氣進汽缸，使用活塞創造一個低壓區。由汽缸容積與活塞速度來決定有多少空氣能被"抽"入引擎裡，因為大氣是恆壓的，最後進氣量會被限制住。而利用這個方式把空氣吸入燃燒室內的多寡稱之容積效率（volumetric efficiency）。從渦輪增壓器增加了空氣進入汽缸的壓力，與該空氣量進入到汽缸內很大程度上取決於時間與壓力，氣體吸引造成壓力增加。吸收的壓力大小，在缺乏渦輪增壓器之下是決定於大氣壓力，但是加入渦輪增壓器之後增加的壓力就能控制。

    利用壓縮機增加進氣缸的氣壓通常稱為強制進氣（forced induction）。離心式機械增壓器的運作方式與渦輪增壓器相同；然而，讓壓縮機的旋轉能量前者是引擎曲軸而後者是廢氣。因此渦輪增壓原則上是比較有效率的，因為渦輪的動力來自引擎的熱能，把廢氣的能量轉化成動能，不然就浪費掉能量了。機械增壓器的使用，是在犧牲一部分引擎產生的能量，產生了淨增產值的能量。 

    渦輪增壓器雖讓引擎增加可觀的馬力輸出，但是引擎也產生更多的廢熱。當車子本身設計無法承受高熱環境，把渦輪增壓器裝進去可能會是一個難題。額外的廢熱加上增壓器提供較低的壓縮比（擴張比）稍微有助於較低的熱效率，但是卻直接影響整體的燃油效率。還有另種稱為主管冷卻型的冷卻法會很大的影響到燃料效率。即使中冷是有幫助的，但是燃燒室內的總壓縮比還是比自然吸氣引擎還大。當引擎釋放出最大能量時為避免爆震出現，通常會為了冷卻目的會提供額外的燃料。這看似不合常理，因為這部份的燃油不會燃燒。但是這是利用額外燃油在液體霧化成氣霧時把熱量吸走。而且，氮是燃燒室內相對密度高的物質，所以氮氣能夠承受比較高的熱量。氮氣把持住這個熱量直到經由廢氣排出來避免破壞性的爆震。這使設計者經由犧牲燃油經濟性取得燃油泵內較好的熱力性能輸出功率。要完整燃燒汽油，最理想的空/燃比（A/F）是14.7:1。通常一部擁有渦輪增壓引擎車在最大的boost的A/F值大約是12:1。設計系統時，較多雜質汽油在運轉時有時會有瑕疵，像是觸媒轉化器不能在太高的溫度下運作，或是引擎有太高的壓縮比而無法與供油系統有效運作。最後，高效率的渦輪增壓器也會對自身影響到燃油效率。使用較小的渦輪增壓器在中低轉速上會提供比較快的回應與較低的延遲（lag），但是會堵塞引擎的排氣部位與轉速提升時產生巨大的熱量。比較大的渦輪增壓器在高轉速的時候相當有效率，但是在正常行駛時並不實用。可變式輪葉與滾珠軸承技術能使渦輪增壓器在更大的運作範圍內更有效率的運轉，然而，不少汽車使用這類技術會產生額外的問題。目前使用這種渦輪增壓器的汽油車只有Porsche 911 （997） Turbo。目前只有連續式雙渦輪增壓器（sequential turbocharging）才能提供全面性的輸出優勢，因為它在低轉速時用小渦輪，而高轉速時用大渦輪。大多數現今的汽車的引擎管理系（engine management systems）能夠根據當時溫度、燃料品質、海拔高度及其他因素控制歧管壓力與燃油壓力。有些系統則是先進到能夠提供更精確的燃料燃燒狀況的數據。像是Saab的Trionic-7 system使用電子式指示提供燃燒上更優秀的回應性。 Volkswagen/Audi的新2.0升FSI渦輪引擎結合了偏時點火與缸內直噴技術能在低負荷狀態保有推進力在低負荷狀態。這個系統是非常複雜到包含許多移動性的零件與感應器去維持氣室的氣流特性，能夠使用多段指示來提供更優秀的霧化。缸內直噴系統同時擁有很大的影響，使發動機具有更佳的冷卻效果，就能夠使用較典型的氣門式渦輪噴射引擎更高的壓縮比。

    渦輪增壓器可能會被髒或是衰退的機油加速耗損，而且大多的製造商建議要幫渦輪增壓引擎勤加換油；許多擁有者及一些公司建議使用合成機油，與傳統機油相比，他比較易於稀而且比較不容易衰退。因為渦輪增壓器運轉時容易發熱，很多人建議在熄火前如果渦輪增壓器才剛運轉完畢，讓引擎待命1至3分鐘（多數的製造商指出在熄火前待機10秒來確定渦輪增壓器確實運行於它的待機速度，來避免因機油停止供給造成軸承損壞）。這樣可讓渦輪吸入較低的排氣溫度來降溫，而且能夠保證當渦輪與排氣歧管溫度依然非常高時機油有輸送到渦輪增壓器，否則潤滑油的煤焦會再軸承吸收油時卡在機器內，導致當汽車重新啟動時軸承很快的耗損。高溫機油內的雜質會累積起來並導致堵塞供油系統。這問題在柴油引擎上並不明顯，因為柴油引擎的廢棄溫較低與引擎轉速相對比較低。

    渦輪計時器（turbo timer）可以讓運轉中的引擎提供一個已預先指定的時間來自動的提供降溫周期。箔軸承內的煤焦也能除去。更複雜的是使用水冷式軸承卡夾需要防止煤焦跑進去。當引擎關閉和自然的熱循環會使卡夾內的水沸騰。所以還是不要在渦輪還在運轉時把引擎關閉。

    依照慣例是使用管狀頂蓋而不是使用鑄鐵的歧管，這樣會因為較輕的頂蓋而減少冷卻所需的時間。

 

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    渦輪延遲（Turbo lag）有時會使駕駛者感覺在踏下油門與渦輪提供衝力之間有一段時間差。這個問題是由於當時排氣系統推動渦輪的壓力需要克服渦輪的旋轉慣性與要提供歧管壓力的最低轉速。而利用曲軸帶動的機械增壓則不會出現這個現象。相反的在轉速低的狀況之下渦輪增壓器提供較低的壓力，但高轉速時渦輪增壓引擎比裝載機械增壓的引擎還要有效率。

    延遲現象可以由降低渦輪零件（軸承或扇葉）的慣性而減少，像是使用較輕的材質來使渦輪比較易於轉動。陶瓷渦輪在這裡是很好的解決之道。但相對的在產生最大壓力的時候是比其他材料脆弱。

    誠然，渦輪增壓的確能夠提升發動機的動力，不過它的缺點也有不少，其中最明顯的就是動力輸出反應滯後。我們看看前面有關渦輪增壓的工作原理就知道了，即由於葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩，也就是說從你大腳踩油門加大馬力，到葉輪轉動將更多空氣壓進發動機獲得更大動力之間存在一個時間差，而且這個時間還不短。一般經過改良的渦輪增壓也要至少2秒左右來增加或者減少發動機動力輸出。如果你要突然加速的話，瞬間會有提不上速度的感覺。　　

    隨著技術的進步，雖然各個使用渦輪增壓的廠家都在對渦輪增壓技術進行改進，但是由於設計原理問題，因此安裝了渦輪增壓器的汽車駕駛起來的感覺是和大排量的汽車有一定差異的。譬如說我們買了1.8T的渦輪增壓汽車，在實際的行駛之中，加速肯定不如2.4L的，但是只要度過了那段等待期，1.8T的動力同樣會竄上來，因此如果你追求駕駛的感覺的話，渦輪增壓引擎並不適合你，如果你是跑高速之類的，渦輪增壓才顯得特別有用。　　

    如果你的愛車經常在城市內行駛，那麼有必要考慮需要什麼樣的渦輪增壓，因為渦輪並不是隨時都在啟動的。對於那些啟動轉速高的渦輪增壓發動機，就拿斯巴魯（富士）翼豹的渦輪增壓來說，它的啟動是在3500轉左右，5擋能夠上到3500轉估計速度都破120了，除非你故意停留在低檔位，否則不超過120公裡的時速翼豹的渦輪增壓根本無法啟動。這時那些低轉速啟動的渦輪增壓發動機更為合適，例如大眾的1.4Tsi/1.8Tsi發動機，在1750甚至1500轉的時候渦輪增就介入了，即使在2000~3000換檔，也能保證換檔前後轉速保持在燃油應用效率更高的渦輪增壓區域。　　

    此外渦輪增壓還有維護保養方面的問題，就拿寶來的1.8T來說，6萬公裡左右就要更換渦輪了，雖然次數不算多，畢竟給自己的車無形之中又增加了一筆維護保養費，這個對經濟環境還不是特別好的車主來說特別值得注意。

保養方法：

1、汽車發動機啟動之後，不能急踩加速踏板，應先怠速運轉三分鐘，這是為了使機油溫度升高，流動性能變好，從而使渦輪增壓器得到充分潤滑，然後才能提高發動機轉速，起步行駛，這點在冬天顯得尤為重要，至少需要熱車5分鐘以上。　　

2、發動機長時間高速運轉後，不能立即熄火。原因是發動機工作時，有一部分機油供給渦輪增壓器轉子軸承潤滑和用於冷卻的，正在運行的發動機突然停機後，機油壓力迅速下降為零，機油潤滑會中斷，渦輪增壓器內部的熱量也無法被機油帶走，這時增壓器渦輪部分的高溫會傳到中間，軸承支承殼內的熱量不能迅速帶走，而同時增壓器轉子仍在慣性作用下高速旋轉。這樣就會造成渦輪增壓器轉軸與軸套之間「咬死」而損壞軸承和軸。此外發動機突然熄火後，此時排氣歧管的溫度很高，其熱量就會被吸收到渦輪增壓器殼體上，將停留在增壓器內部的機油熬成積炭。當這種積炭越積越多時就會阻塞進油口，導致軸套缺油，加速渦輪轉軸與軸套之間的磨損。因此發動機熄火前應怠速運轉三分鐘左右，使渦輪增壓器轉子轉速下降。此外值得注意的就是渦輪增壓發動機同樣不適宜長時間怠速運轉，一般應該保持在10分鐘之內。　　

3、選擇機油的時候一定要注意。由於渦輪增壓器的作用，使進入燃燒室的空氣品質與體積有大幅度的提高，發動機結構更緊湊、更合理，較高的壓縮比，使發動機的工作強度更高。機械加工精度也更高，裝配技術要求更嚴格。所有這些都決定了渦輪增壓發動機的高溫、高轉速、大功率、大扭矩、低排放的工作特點。同時也就決定了發動機的內部零部件要承受較高的溫度及更大的撞擊、擠壓和剪切力的工作條件。所以在選用渦輪增壓轎車車用機油時，就要考慮到它的特殊性，所使用的機油必須抗磨性好，耐高溫，建立潤滑油膜快，油膜強度高和穩定性好。而合成機油或半合成機油恰好可以滿足這一要求，所以機油除了最好使用原廠規定機油外還可以選用合成機油、半合成機油等高品質潤滑油。　　

4、發動機機油和濾清器必須保持清潔，防止雜質進入，因為渦輪增壓器的轉軸與軸套之間配合間隙很小，如果機油潤滑能力下降，就會造成渦輪增壓器的過早報廢。　　

5、需要按時清潔空氣濾清器，防止灰塵等雜質進入高速旋轉的壓氣葉輪，造成轉速不穩或軸套和密封件加劇磨損。　　

6、需要經常檢查渦輪增壓器的密封環是否密封。因為如果密封環沒有密封住，那麼廢氣會通過密封環進入發動機潤滑系統，將機油變髒，並使曲軸箱壓力迅速升高，此外發動機低速運轉時機油也會通過密封環從排氣管排出或進入燃燒室燃燒，從而造成機油的過度消耗產生「燒機油」的情況。　　

7、渦輪增壓器要經常檢查有沒有異響或者不尋常的震動，潤滑油管和接頭有沒有滲漏。　　8、渦輪增壓器轉子軸承精密度很高，維修及安裝時的工作環境要求很嚴格，因此當增

壓器出現故障或損壞時應到指定的維修站進行維修，而不是到普通的修理店。

9、要保持空氣濾清器的清潔，與普通發動機相比，渦輪增壓發動機對清潔的要求更高。為若雜質進入壓氣葉輪，會造成轉速不穩或軸套和密封件加劇磨損。　　

10、發動機機油保持清潔，渦輪增壓發動機對機油的要求也比較高，必須保持清潔。另外果機油變質要及時更換。否則機油的潤滑能力下降，會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞，增加保養成本，甚至造成渦輪增壓器的過早報廢。　　

11、著車就走和立即熄火對渦輪增壓發動機都不好，發動機發動後最好怠速運轉一陣，使潤滑油充分潤滑軸承，對發動機起到很好的保護作用。另外，發動機長時間高速運轉後，應怠速運轉3-5分鐘再熄火，否則，會引起渦輪增壓器內滯留的機油過熱而損壞軸承和軸。

發展歷史：

    第一部使用這種渦輪增壓器的汽車是1989年份限量版的Shelby CSX-VNT，採用2.2L的汽油引擎。Shelby CSX-VNT利用一顆Garrett的VNT-25型渦輪，因為它使用與Garrett T-25相同的本體和軸心。這一渦輪機通常稱之可變式噴嘴渦輪增壓器（VNT）。渦輪增壓器的製造商Aerocharger使用名為』可變區域渦輪噴嘴』（Variable Area Turbine Nozzle，VATN）來詮釋這種渦輪噴嘴。另外常見的說法包括』可變渦輪截面』（Variable Turbine Geometry，VTG）、』可變渦輪幾何增壓器』（Variable Geometry Turbo，VGT）與』可變配氣相位』（Variable Vane Turbine，VVT）。Chrysler公司在1990年有一批汽車使用這種渦輪增壓器，包含Dodge Daytona 與 Dodge Shadow。這些引擎能夠產生174匹馬力與225磅-呎的扭力，與正常的引擎相比，它使用正常的冷卻系統，產生出來相同的馬力但增加25磅-呎的扭力與比較快的反應（較少的延遲）。然而，不包含VATN或VNT的Turbo III引擎能夠產生224匹馬力。目前不知道為何Chrysler不繼續使用VGT渦輪增壓引擎，最有可能的原因是市場需要Chrysler設計的V6引擎更甚於VGT引擎。

    2006年的Porsche 911 Turbo有3.6L水平對置六缸雙渦輪增壓引擎，而渦輪是使用BorgWarner的可變幾何渦輪系統（VGTs）。這顯然因為雖然在柴油引擎與Shelby CSX-VNT上VGT系統採用了一段時間，但是這是自從1989-90的1250顆Dodge引擎以外的第一次在汽油車使用這種技術。有些人抱怨使用此系統的汽油車廢氣溫度比使用柴油引擎高不少，而這對敏感的可動式渦輪葉片會有不利的影響。而且這個裝置也比其他的渦輪增壓器還要昂貴。Porsche的工程師聲稱新的911 Turbo已經解決這些問題。