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動力大補丸 渦輪增壓系統改造論


刊登時間: 2013/12/22

說到動力改裝,是所有改裝車主共同追求的目標,而想要大幅且快速提昇引擎馬力,渦輪增壓系統的加持算是最終極的方法,透過正壓空氣的強力灌入,輔以燃油的補充,引擎動力立即以三級跳的方式表現出來,不過在此之間有哪些週邊零件需搭配,才能維持引擎耐久度?這些都是我們在此要與大家分享的知識。

若以耐用度、強度與完整度來評斷的話,開模鑄鐵製造的渦輪頭段是表現最佳的產品,缺點是對應的車種與渦輪排龜接口,需要剛好有現成品才能使用,要不然只能用修改的方式,使用在其它引擎上。

外掛渦輪學問大
按部就班說分明
NA引擎改成Turbo其硬體方面必備的包含有:1.排氣頭段、2.渦輪本體、3.排氣前段、4.進氣冷卻器、5.連結管路組、6.進氣洩壓閥、7.正壓供油控制電腦,因為坊間改Turbo風氣盛行,價格競爭,所以基本配備的多寡及材質的優劣,決定了價格的一切,也決定了往後使用的完善度,所以必須逐一來說明讓讀者能更加的瞭解各個機件功能與優劣點。

渦輪增壓術的使用方式相當廣泛,以BMW這顆柴油四缸引擎為例,想要不同的性能輸出特性,只要選擇使用單渦輪或雙渦輪增壓技術,即可改變動力輸出曲線。

加裝Turbo首先必須要有一個符合排氣頭段規格的Turbo頭段,以現今市面上的套件而言,耐用度最高的是開模鑄造品,此種鑄造頭段規格統一,管壁厚、強度、結構佳,甚至有些製造商乾脆在鑄鐵材料裡,添加一些鎢、鎳等特殊金屬來鑄造,此種頭段價格比較高昂,但經過多年的考驗還不曾有斷裂現象發生,可說是耐用度最佳的渦輪頭段製品。

雙渦輪增壓技術通常出現在高性能引擎上,且同樣是雙渦輪系統,還可分成兩大並聯或一大一小串聯設計,前者多出現於大排氣量引擎上,擁有較佳的高轉速馬力表現,後者常用於較小排氣量引擎上,低速表現會較靈敏。

頭段之下承接的即是渦輪本體,而渦輪的大小在於空氣推送量的多寡,簡單來說,就是較小的渦輪,渦輪的作用時機早,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,一種是現有之Turbo本體,已經無法在高檔高負荷時維持壓力,也就是說,高轉時Turbo錶的壓力數值會有下降的現象,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增壓值才需要更換本體。
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,對駕駛而言是一種蠻困擾的問題。

採用不銹鋼材質製造而成的Front Pip,擁有平滑的表面,有助於排氣順暢度,對於增壓值的反應有正面幫助,目前國內的大廠所推出的渦輪套件,都有成品可選用,改裝時不需擔心還要另外訂製。

冷卻、壓力、供油
三者兼顧永安康
高溫是Turbo車的頭號殺手,進氣溫度則主導所有高溫的產生,由於空氣經過Turbo壓縮後溫度自然提高,而進氣溫度提高使得燃燒效率下降,進而會導致爆震的現象發生,所以為了使得進入汽缸內的高溫氣體溫度下降,必須配置「進氣冷卻器」,雖然較早期的說法為低增壓可以不需要Intercooler,但真正理論卻因為空氣一經壓縮就會產生熱空氣在汽缸內,氧分子遠比冷空氣少,所以爆炸行程的效率差,沒有Intercooler的增壓車,通常在引擎起動後的30分鐘內狀況還算可以,但後來就會發生愈來愈無力的現象,雖然增壓錶上的數值沒有改變,但引擎就是跑不動,嚴重的話還會伴隨著油、水溫一併升高的困擾。所以Intercooler在Turbo車上而言舉足輕重,為了引擎的長久壽命,加裝Turbo務必需使用Intercooler。

以Subaru EJ20/25渦輪引擎為例,等長排氣頭段的設計,雖會失去獨特的排氣聲浪,但對抑制渦輪遲滯,增加引擎出力反應有絕對的幫助。

除了中冷器外,Turbo引擎還有一項不可或缺的配備,那就是用來控制和維持渦輪一定增壓值的裝置。此機件通常設置在渦輪本體上,其控制引擎廢氣的孔道關閉時,廢氣驅動排氣渦輪葉片,一旦增壓值達到設定值此閥門開啟讓廢氣By pass掉,不經渦輪葉片直接排入排氣前段。通常使用最多的洩壓裝置為「Actuator」,在結構上是直接固定在渦輪進氣側上,並以一支連桿來控制排氣側裡的閥門,一旦增壓值達到一定程度後,進氣壓力便推動Actuator的連桿使排氣側內的閥門開啟,此時雖然渦輪葉片持續運轉,但驅動力外洩的情況下,渦輪便可以持續保有一定的增壓值。

只要是渦輪引擎,不論是原廠搭載或後天改裝,進氣冷卻器是不可少的零件,像圖片中RS6因是雙渦輪配置,所以還設有兩具中冷器。

另外一種洩壓裝置為Waste Gate,通稱為「排氣洩壓閥」,其功能和Actuator一樣,都是使廢氣不經過排氣渦輪,而差異最大的地方為Actuator直接搭配在渦輪本體上,而Waste Gate則獨立裝置在頭段上,因為獨立裝配所以它所洩壓活門較大,活動行程長,反應相對的靈敏,較適用於高增壓或空氣推送量大Turbo的車子。

渦輪軸心上頭通常會有油道或水道的接口,前者用來潤滑與冷卻軸心,一定要接上循環油管(回油管要高於油底殼油面);後者若有設計的話,建議最好也能接上水管,對於延長渦輪壽命有絕對的幫助。

供油調校方式眾多
最後關鍵不可不慎
在原本的NA引擎變為強力的增壓心臟之後,接下來就要進入到調校的階段,首先跟空氣質量大幅提昇的供油對應,最簡單的做法即是在節氣門前「追加噴油嘴」,由於它是藉獨立的外加副電腦控制,並且有自己的感知器及噴油嘴電流驅動器,依照信號做燃油的大量追補,方便易調整的特點最為受到NA改增壓族群的歡迎,且改裝費用較低,而這種方式有Boost和轉速訊號當調校依據是較好的設計,光靠感應轉速很容易在換檔時出現油氣過濃、上升不順暢的情形。

Actuator是渦輪用來控制增壓值的排氣洩壓閥,街車常用的渦輪,例如TD04/05、IHI RHF5/55、KKK K03/04,其上都會設有Actuator,不額外加裝增壓控制器的話,大約可對應到0.4bar的壓力。

和外加噴油嘴比較起來,直接更換加大「主噴油嘴」自然是最好的方法(精確度和燃油霧化效果高),可是這還需要有可程式化電腦來重設噴射時間,而不管你是用什麼樣的噴油型式,因總流量都會增大之故,換裝「強化泵浦」以維持穩定的燃壓也有其必要性,單靠調壓閥提高壓力於Over Boost時絕對不足。在油泵吐出量已經有加強的前提之下,「汽油調壓閥」理論應擔任減低油壓保持恆定性的角色,最佳的狀態是怠速壓力設定在三公斤上下。

 

另外在負壓變正壓的轉換過程中,進氣量計測為「歧管壓力式」的系統,因計量範圍不夠會讓電腦當機亮起檢測燈號,解決的辦法就是在Map Sensor上,利用可程式電腦的功能重設電壓值,或者是直接換一個限度更大的感知器。而「流量計型式」的車型雖然沒有這類的麻煩,但裝設中冷器管路時,空氣流量計位置最好要接近於原廠,否則就有可能發生怠速不穩、轉速上升不順的狀況。
最後,從自然吸氣變為高性能的增壓引擎之後,很多人都會著迷於這個超加速的魅力,拼命狂操車輛甚至是把Boost打高,這樣只是很快讓你的引擎再見,畢竟它的體質不似原廠增壓車一般,所以操駕時要適可而止,最高轉速大約在斷油前1000轉就好了,Boost則請維持於原本設定不要亂動,當然能加裝一些監控儀錶指示是最好的。

Waste Gate也是排氣洩壓閥的一種,由於閥門面積較Actuator更大,所以在控制增壓值時,表現會更加靈敏、快速,常應用於高增壓場合,可避免引擎因瞬間超壓過多而故障,不過開啟時的巨大排氣噪音,也令許多人受不了。

引擎內部活塞是直接面對燃燒室高溫的部件,因此一旦排氣溫度過高,最易受損的位置也是在活塞上,若能將此零件更換成強度更高的鍛造製品,引擎耐用度將得以提昇。

現今在缸內直噴技術加持下,渦輪車可將壓縮比維持在9.6以上的水準,差別就在於缸內直噴引擎的內部零件的強度皆較一般引擎來得高上許多,加上燃油注入燃燒室瞬間可快速冷卻活塞頂部,因此才得以維持高壓縮比。

採用空氣流量計的自然進氣引擎,在改裝渦輪增壓時,其擺放的位置與高度相當重要,錯誤的安裝方式會偵測到錯誤的訊息,使得Tuner再怎麼調電腦都調不好,像圖中Fortis改渦輪時的流量計固定座就需特殊訂作。

NA渦輪改裝車如果預算足夠的話,一定要加裝排溫錶,可用來監控引擎的燃燒狀況,萬一發現排溫動不動高於850度的話,建議放慢車速進廠檢查車輛後,再重新上路行駛比較能減少引擎出狀況的機會。

隨著環保法規愈來愈嚴格的情況下,對引擎節能的標準也愈來愈高,使得輸出效率高的渦輪引擎愈來愈普遍,因此養成良好的用車習慣也成了渦輪車主必修的課程。