渦輪的過去、現在與未來(一)

何謂渦輪？為何渦輪？

渦輪增壓，顧名思義就是以渦卷的方式增加空氣壓力，再將氣體灌入引擎進氣系統中，提升內燃機的效率，藉以換取更大的能量輸出。一般的內燃機引擎，在一大氣壓下，空氣與燃料的理想比值為14.7：1，也就是一份的燃料和以14.7份的空氣進行混合燃燒，正好能夠完全燃燒完畢，達到最高效能輸出。但如果想要壓榨出更大的能量，則必須同時增加更多的空氣與燃料。依照理想氣體方程式pV=nRT，欲增加空氣(n)，則必定需同時增加體積(V)或是壓力(p)。而燃燒室的體積即等於引擎的汽缸大小，若以擴缸的方式增加燃燒室體積，除了工法相當繁複之外，所需要的技術等級也相當高，一般情形下不易進行調整。另一個方法便是增加內燃機的汽缸數目，但通常有著越多汽缸的引擎即代表越大的排氣量，對某些以此作為稅金分級的國家而言，亦即等於越高昂的稅金負擔，在發展及推廣上相當不利，故只能朝著如何增加壓力的方向來進行，也因此發展出了本篇所探討的渦輪增壓技術。

渦輪增壓屬於強制進氣的一種，利用車輛運轉時內燃機所排放的廢氣，經過渦輪頭段以及周邊管路系統，導入並驅動渦輪本體，透過渦輪葉片的高轉速作動，讓空氣進行壓縮，再透過中冷器將空氣冷卻，最後把空氣"硬塞"進汽缸內。更多的空氣進入汽缸，意味著內燃機能燃燒更多的燃料，即達成了從引擎中壓榨出更多能量輸出的目的。

在臺灣俗稱為"窟仔"的中冷器(Intercooler)，在渦輪增壓系統中扮演著將氣體冷卻的重要角色。

由於工作環境特殊，渦輪增壓器的用料品質也直接影響了耐用度與效能。通常渦輪增壓本體的渦卷葉片是以150,000 rpm的轉速進行作動，這幾乎是一般汽車引擎運轉極限的三十倍，普通的工業等級零件根本無法承受如此激烈的運作，若使用在渦輪增壓系統上會造成爆炸，故所有渦輪增壓本體及周邊的零件皆須經過特製，甚至航太技術的應用，如液態軸承和鍛造葉片等等，使得渦輪增壓系統得以承受如此激烈的工作環境，順利達成增加動力輸出的目的。

其實渦輪的基本構造並不複雜，但是由於工作環境特殊，因此材質和周邊零件的選用十分重要。

前世今生，高下優劣

一般自然進氣車型(Naturally Aspirated，NA)所利用的進氣方式為負壓進氣，即利用燃燒室的真空，開啟節氣門，吸進空氣後與燃料混和進行燃燒。自然進氣引擎由於擁有作動反應直接，線性扭力輸出等優勢，使得車輛在操駕反應上較為順暢，長久以來擁有許多所謂"本格派"車迷的死忠支持，認為自然進氣引擎才是汽車的基本教義，所謂的強制進氣方式就有如作弊般的不正統。然而也有另一派系的車迷，深深迷戀於渦輪增壓引擎加速時所帶來的猛爆快感，以及裝載渦輪系統的引擎以小搏大的硬頸精神，因此奉渦輪增壓系統為改裝圭臬，認為是追求馬力輸出的最終救贖。

自然進氣引擎的線性輸出令人著迷，其中又以Honda的VTEC技術最具代表性，但仍不敵環保法規和時代潮流，逐漸步向渦輪化的命運。

渦輪增壓系統有著體積小，重量輕，安裝容易和造價較低等優勢，因此相關改裝方式五花八門。

由於早期自然進氣引擎的動力輸出，除了引擎本身的形式，結構，可變正時汽門以及周邊用料等科技層面之外，絕大部分都取決於汽缸數量及大小，也就是所謂的引擎排氣量。換言之，自然進氣引擎就是最簡單的：排氣量越大，動力輸出就越大；汽缸數越多，引擎出力就越多。近代的雙凸輪軸，可變汽門，多火星塞點火，缸內直噴等科技固然增加了自然進氣引擎的輸出效能，但是"引擎越大，輸出越大"仍然是不變的基本原則。這也使得自然進氣引擎在發展上，無論是動力加強，乃至於近代的油耗與汙染問題等方面，始終面對著難以突破的障礙。 

相較於自然進氣引擎，渦輪進氣系統最直接且顯著的優點便是可以快速並大量地提升動力輸出。只須選擇適當大小的渦輪本體，配上周邊完整的管路及冷卻系統，再搭配車輛輸出狀況編寫電腦，並依輸出程度的不同，視需求對引擎本體及內部作適度強化，便幾乎可以隨心所欲地壓榨出任何渴望的輸出數字。且渦輪增壓系統的體積小，硬體安裝容易，花費也相對較低，整體套件對於車重也不會造成太大的負擔，被視為最具發展性也最具潛力的動能提升方式。

猜得出來這是哪一款車的渦輪增壓錶嗎？

然而，早期的渦輪增壓系統最令人詬病的問題便是渦輪遲滯(Turbo Lag)，在渦輪達到作動壓力之前，車輛會因為動力輸出的銜接不順，導致出現無力感及重拖等狀況。就像打格鬥電玩時，人物的能力值若未累積至滿點，就無法使出大絕招一樣。特別是增壓值越大的渦輪系統，面對此問題是更是嚴峻。專業的工程師，技師及軟體工程人員至今仍在努力尋找能解決渦輪遲滯問題的方法，目前常見的解決辦法為偏時點火，多渦輪串聯或是尚處開發階段的電子渦輪等等，但是以現階段的技術而言，依舊無法完全根除。

渦輪增壓有著體積小，重量輕，安裝容易和造價較低優勢，因此相關改裝方式五花八門。

另外，雖然近年來最流行的渦輪增壓車款都標榜著節能與低油耗，但其實渦輪增壓系統本身就從來不是一項省油的裝置。真正節能的，其實是排氣量更小的引擎本身。當年改裝渦輪增壓系統剛開始風行時，凡是揹上渦輪增壓器的車款，都必須有著一定的覺悟和心理準備，來面對渦輪化之後相當難看的油耗表現，畢竟馬兒越會跑，當然要吃越多的草。無論是大排氣量的引擎再披掛上渦輪增壓系統，或是輸出較小的引擎加上大尺寸的渦輪，目的皆是為了榨取引擎的極限輸出。論油耗，論節能，在早期配置了渦輪增壓系統的車型上，是完全無關的兩件事。

傳奇的BMW 2002 Turbo，由於其強悍的性能和稀少的產量，如今已成為玩家爭相收藏的夢幻逸品。

榮光時代，性能至上

1960年代末期起，隨著渦輪增壓技術的日益成熟，配置渦輪增壓引擎的賽車開始在賽場上揚威，無論是各式房車賽，或是各級別的Rally越野賽，甚至是方程式賽車，參賽車輛紛紛配置上了高增壓值的大型渦輪系統，神勇的性能如虎添翼，征戰各賽事的英姿也讓市場開始對渦輪增壓系統有了無限憧憬，認為車輛只要裝置了渦輪便可成為神兵利器，也掀起了一股前所未有的Turbo風潮，並延續了數個世代。

其實將渦輪增壓引擎運用於市售車型的這個想法，許多大廠早就躍躍欲試。將時序拉回到1962年，美國的通用公司(General Motors，GM)曾經推出過搭載渦輪增壓引擎的實驗性產品Chevrolet Corvair Monza Spyder和Oldsmobile Cutlass Jetfire，在渦輪科技的挹注之下，雖然在性能方面繳出了亮眼的數字，但由於差強人意的機件妥善率加上美國消費者用車習慣的落差(當年許多消費者投訴渦輪車就像引擎故障一樣，相當難開)，使得銷量積弱不振，原廠甚至還為了購買Turbo車型的車主，推出了免費換回一般自然進氣引擎的服務。很遺憾地，GM這一步劃時代的創舉，除了給人耳目一新的科技感之外，並未在市場上掀起太多的漣漪。

Oldsmobile將圖中的Cutlass一般版本車型，裝配了渦輪增壓系統，推出高性能版本Jetfire，卻因市場反應不佳而黯淡落幕。

然而說到道路用車的渦輪旋風，就一定得提及BMW的首款渦輪增壓車型，同時也是全歐陸市場第一款採用渦輪增壓引擎的量產車－BMW 2002 Turbo。1972年，原本以自然進氣引擎享譽國際的BMW，以自家旗下戰功彪炳的2002賽車作為範本，將原本市售版本的2002 tii引擎裝上了KKK渦輪，經由BMW Motorsport部門(即為現今的BMW M之前身 )進行調校過後，推出了擁有170匹馬力的性能旗艦2002 Turbo。相較於原先自然進氣車型的130匹馬力輸出，2002 Turbo透過渦輪增壓系統的壓榨，將動力大幅度地提升了30%，性能表現驚為天人，技壓各方競爭群雄。可惜生不逢時的2002 Turbo誕生之初便遭遇到了第一次石油危機，導致總產量僅僅1,600餘輛便夭折，雖如曇花一現，卻閃耀著劃時代的意義，也讓人們對於渦輪性能的想像無限延續。

最瘋狂的Group B Rally賽事，所使用的賽車皆配置了高輸出的渦輪增壓引擎。

繼出師未捷的BMW 2002 Turbo之後，真正讓渦輪車型普及至一般大眾，創造出市售車型渦輪風潮的車款，是位逐漸被人遺忘的英雄－Saab 99 Turbo。1977年，BMW 2002的主要競爭對手Saab 99，在原本兩公升排氣量的B系列引擎上加裝了渦輪增壓系統，讓以家庭用車為定位的Saab 99能輸出145匹的馬力，0-100km/h加速更是擠入十秒內，極速也直逼200km/h。允文允武的Saab 99在市場上大受歡迎，讓渦輪增壓技術在一般消費者的生活中更加普遍，也開創了Saab往後三十多年的渦輪世代，主打Turbo科技的品牌形象深植人心。

隨著石油危機的紛擾稍緩之後，在那個追求性能至上，充滿了汽油味和辛烷值的年代，各廠間的渦輪增壓性能之爭再度暗潮洶湧。各式搭載高性能渦輪增壓引擎的跑車如雨後春筍般出現在市場上。歐洲各大廠傾盡自家科技與工藝的大成，推出了一輛輛令人熱血沸騰的作品，開啟了渦輪增壓的黃金年代。從70年代末期的經典鉅作Porsche 911 Turbo，一直到80年代的Lotus Esprit Turbo、Porsche 959、Ferrari 288GTO、Ferrari F40，甚至是到了90年代初期的Jaguar XJ220等當代超跑，皆標榜配置有驚人輸出的渦輪增壓引擎，令人瞠目結舌的動力表現，風靡了整個車壇。在那個年代，全世界不曉得有多少車迷的房間牆上，都掛滿了一張張當代超跑的海報，滿足對速度及性能的渴望。

這幾輛經典程度破表的超級跑車，皆為渦輪增壓配置。資深車迷應該沒有人不認得吧？

精進普及，以小搏大

由於渦輪增壓引擎的實力高深莫測，開發潛力無限，可塑性相當高。因此除了應用在高不可攀的超性能跑車之外，一般市售的渦輪增壓性能車款也成為了另一股風潮，時日至今依舊為相當熱門，歷久不衰的一個車系，也最常為車迷之間所談論。而自1980年代起，日本車廠更將市售渦輪化車款的研發能力展現到極致，創造出了許多不朽的性能傳奇。

Supra原廠搭載的2JZ直列六缸引擎由於先天體質優良，只要以大型渦輪增壓系統進行調校，便能成為令人生畏的速度機器。

若是提到日系的渦輪性能車款，想必車迷們輕而易舉地即可列出一長串的車名或是暱稱，諸如有東瀛戰神稱號的Nissan Skyline GT-R車系，被暱稱為"牛魔王"的Toyota Supra，擁有四輪傳動高科技的Mitsubishi 3000GT VR-4，搭載空前絕後之轉子渦輪引擎的Mazda RX-7，以及瑜亮相爭十多載的Subaru Impreza WRX STi以及Mitsubishi Lancer Evolution等知名車系。這些在車迷間耳熟能詳的名稱都有一個共通點，就是皆使用高性能輸出的渦輪增壓系統配置。

Skyline GT-R、Supra、3000GT等車系，由於本身即使用動力輸出較飽滿且本質相當優異的六缸引擎，在原本就游刃有餘的輸出之下，再加上渦輪增壓系統的加持，想當然爾能輕易壓榨出令人震撼的動力輸出，只需解除當年日本本土的自主馬力上限280匹，再輔以電腦，供油等等周邊調整，要達成400匹以上的動力輸出並非難事。若經由更瘋狂的重度改裝及周邊強化，以高增壓或是多渦輪串聯等方式進行調校，超越1000匹馬力輸出的作品也時有所聞，在車界相當受到重口味玩家的歡迎，即便車齡已屆雙十，魅力依然不減，堪稱日本汽車工業史上最傳奇的一頁。

既生瑜，何生亮？十多年來，這兩部死對頭一路從賽道廝殺到公路，只可惜EVO的傳奇已早一步在近年劃下句號。

而像是Subaru Impreza WRX STi及Mitsubishi Lancer Evolution等車系，由於原車所搭載的主要為經濟及實用取向的小型四汽缸引擎，市場定位即為平價房車。但頂著WRC賽事的輝煌戰績，原廠也在原本的市售車外觀和基本架構下，開發出了搭載渦輪增壓引擎的高性能街車版本，以四缸引擎為基礎，裝置高增壓的渦輪系統，一舉將動力輸出推向不可思議的新境界，再配上精良的全時四輪驅動和差速器系統，讓車輛奔馳起來虎虎生風，所衍生出的周邊改裝產品更是不勝枚舉，以小搏大的精神，在年輕車迷之間引起了極大的迴響，並藉由動漫，電影等等流行文化的推波助瀾，將平價渦輪增壓車款的聲勢推向了新的巔峰。 

然而隨著時代的演進，油價也伴隨著環保意識連年高漲，油耗與汙染等等規範日益嚴格，原先由渦輪增壓性能車所開創的美好世界，面臨了嚴峻的挑戰，也讓瞬息萬變的汽車市場再次風起雲湧……

四圓燈不但代表了高性能的光環，也代表了日本汽車工業史上最輝煌的一頁。