關於渦輪你必須知道的事

01-27

本文為「吳佩頻道」原創，作者：劉星宇。

說到對小排量發動機的動力提升，不少人隨口而出的方案就是加裝渦輪套件，這說起來簡單「渦輪套件一裝，ECU再刷刷就搞定了？」先不說前期加強缸體，換裝鍛造件等準備工作，就單說渦輪，你必須得知道下面這些事。

渦輪是怎樣工作的？

相信許多玩家都知道渦輪的工作原理，在此筆者還是簡單地介紹下；渦輪增壓器的工作方式是以發動機的轉速為條件的，只有發動機到達一定轉速，產生足夠多的尾氣，使尾氣壓力可以帶動渦輪排氣殼裡的排氣葉輪高速旋轉，排氣葉輪通過一條軸與進氣葉輪硬連接，排氣葉輪旋轉的同時帶動壓縮殼裡的進氣葉輪吸入空氣並壓縮，增大進氣歧管內的空氣壓力，提高進氣效率，從而提高發動機輸出功率。

渦輪套件都有些啥？

改裝本來就是坑，涉及動力方面的改裝更是「牽一髮而動全一身」，當然渦輪「套件」也是由一大套改件組成，除了渦輪本體，大到曲折的進氣管路、進氣冬菇頭、中冷器、泄壓閥、廢氣旁通閥、定製排氣歧管，小到各種接頭、鋼喉、卡箍、墊片等等，有必要時還要更換噴油嘴和燃油泵，甚至加裝酒精噴射系統。

不得不知道的A/R和Trim

A/R和Trim是渦輪的重要參數。先說說A/R吧，A是Area（面積）的意思，指的是葉片渦輪接受廢氣的側入口最窄處的橫截面積，R是Radius（半徑），指的是A（橫截面積）的中心點與渦輪本體中心點的距離，面積與兩中心點距離的比值，就是A/R值。

A/R值越小，表示入口相對較小而渦輪葉片的起動慣性低，流速相對高，低轉反應比較好，渦輪遲滯效應不明顯。反之，A/R值越大入口較大，葉片慣性高，低轉反應比較遲鈍，渦輪遲滯較明顯，但在高轉時表現則剛烈得多。

即使是同樣大小的渦輪，同樣的葉輪形狀、同樣的A/R 值設定等，渦輪的特性也可以利用「Trim」比來修正。舉例來說，若裝置的是低轉速進風量不足的大型渦輪，就算不增加渦輪容量，通過減少Trim 比，也可以在某種程度上改善低轉速區域的輸出。

Trim 比指輪葉的小圓周直徑與外圓周直徑相除的平方×100（Trim=(DpDg)^2×100）。用來表示渦輪送風量的物理極限，一般單指壓氣機端。

TRIM的值在0~100之間，常用的TRIM數據如：45、50、55 等等，使用Trim值較大的殼體，引擎轉速相同時，可以得到更高的增壓值，但不是Trim值大就一定好。Trim值大了，低轉空氣流量減少時，就容易發生壓力回饋，氣體剝離（低轉空氣流量不足，使得壓氣機前端的氣壓大於吸進去的壓力導致中段出現「真空」的狀態）等缺點。因此最好還是要從壓氣機殼體的壓縮比例、所需的空氣流量、預算得到的馬力等來判斷出最佳的Trim 值，進而可選出適合的壓氣殼體。

壓氣機MAP圖怎麼看？

要學會選渦輪就要先會看壓氣機MAP圖，圖中橫坐標代進氣量，縱坐標代表壓力比值，圖線區域最左邊的Surge Line代表超壓線，在進氣量不夠的條件下想要實現大增加比率是不現實的，這樣會超壓還會損壞渦輪，與超壓線對應的是右邊的Choke Line氣堵線，超壓是不夠氣，那麼氣堵就是氣太多了，而圖線中間的圈圈區域就是壓氣機的效率，工作時，越靠中間越合適；貫穿圈圈的橫線則代表渦輪的轉速，當然轉速越高，壓力越大。

如何正確地選擇渦輪？（滿滿的乾貨）

選渦輪不是越大就越好，在選渦輪前先弄清楚：

發動機排量多少？一般2.0的發動機都為1998CC，有的1.8的為1845CC，計算時取整即可。

發動機最高轉速？每台發動機都有轉速限制，即轉速表上的紅區。

要做多大馬力？300匹、400匹、500匹還是1000匹？

大氣壓力和溫度？即氣溫和氣壓，在高海拔地區影響較大。

發動機填充效率？一般4氣門發動機的填充效率可達95-99%，比2氣門的要高（88-95%）。

進氣歧管溫度？這和中冷有關，一般溫度都維持在40-60度之間。

BSFC燃油效率，即輸出馬力所需要的油耗，一般在0.5-0.6之間。

打個比方：

我有一台1.5排量的GK5，想要加裝渦輪達到200匹，該怎麼選渦輪？

先來計算進氣量，Wa=HP*A/F*BSFC/60，HP=250、空燃比A/F取12:1、BSFC取0.55，帶入公式Wa=250*12*0.55/60=22lb/min，即每分鐘需要吸入22磅的空氣。公式中可看出馬力越大需要的進氣量就越大。

那麼1.5的GK5達到200匹需要多大的歧管壓力呢？我們接著算：

進氣歧管壓力MAP=[Wa*R*(460+Tm)]/Ve*(N/2)*Vd，Wa=22、空氣常數R=639.6、Tm是華氏度=130F（55度）、發動機填充效率Ve=92%、轉速N=6500、排量Vd=1.5*61.02=91.5CI，帶入公式得出進氣歧管壓力MAP=30.3psia，相對壓力為30.3-14.7=15.6psig，差不多1.1個bar；也就是說這台GK5要達到200匹馬力需要打1.1bar的壓力。

進氣量和增壓值都算出來後，將壓力換算成壓力比值，壓力比值=壓氣機出口壓力/壓氣機入口壓力，壓氣機出口壓力=歧管壓力+損失的壓力，損失的壓力來自於管道的布置、長度、平滑度等，我們取2psi；壓氣機入口的壓力=大氣壓-進氣損失，進氣損失來自空濾或是冬菇頭，我們取1，帶入算式得出壓力比值=（30.3+2）/（14.7-1）=2.4

我們將進氣量22lb/min和壓力比值2.4放到蓋瑞特的GT3076R壓氣機圖上。

將數值帶入壓氣機圖後，沒有命中靶心，射偏了，幾乎處於超壓線的邊緣，發動機6500轉時進氣量不夠，排氣葉輪沒有得到足夠的動力，俗話說「吹不動」，也就是這顆GT3076R渦輪對於1.5L的GK5來說太大了。

我們再來看看GT2252表現怎麼樣？將進氣量22lb/min和壓力比值2.4放到圖中。

這次點落到了靠近靶心的位置，壓氣機工作效率達到了77%，我們把轉速降到4500轉，Wa=[MAP*VE*(N/2)*Vd]/[R*(460+Tm)]=15.2lb/min，此時的進氣量為15.2lb/min，將這個數放到GT2252的圖中，發現幾乎在超壓線的邊緣。

換句話說也就是1.5L的GK5想要吹動這顆渦輪，發動機馬力達到200匹的話，轉速必須保持在4500轉以上，這樣的調教顯然是比賽用的設定，走街用的話渦輪遲滯會比較明顯。

總結：

改裝本來就是件嚴謹的事，涉及到動力更是如此，選渦輪是並不能隨便亂來，即使同一款渦輪也有很多不同的A/R和Trim，渦輪特性也會不同，根據實際調教所設定的A/F、BSFC等參數，不只是蓋瑞特的GT2252能將GK5吹到200匹，由於文中部分圖標和算式參考於蓋瑞特官網的講解資料，在此並不是給蓋瑞特打廣告。

輪到你說：

給你改裝渦輪的店家有這樣計算過嗎？

吳佩頻道：由車評人吳佩創立，和他的朋友們一起，專為深度懂車、玩車人群、意見領袖打造的一個高端受眾品牌。