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「渦輪」時代來臨 小型車也能超熱血

「渦輪」,這個以往在飛機、輪船、賽車才會用到的技術,如今為了環保、節省能源,以及生產成本的降低,已逐漸應用到一般汽車裡面。本篇將詳述其工作原理和應用的動機
 
 
 

近日環保署預告第六期法規之汽車廢氣排放標準,懸浮微粒(particulate matter,PM)的排放數量將由每公里5.0毫克加嚴至每公里4.5毫克。其他各項排放標準也有所調整,預計年底會正式公告並在2019年中實施。因應台灣、歐盟六期法規陸續上路,要讓排汙能夠改善,所有車廠都會以小型化引擎為主要生產目標,引擎吹起「Down Sizing」風潮。在降低汽缸數、採用渦輪增壓下,動力可與大排氣量的引擎匹敵,在油耗上也能有亮眼的成績。

 

引擎的動作分成四個階段:進氣、壓縮、動力、排氣,每四行程排氣一次。而汽車的研究方向,大致上就是針對這四個步驟進行改良,達到降低成本、性能提升或是環保省油的幾種大方向。各大廠牌近年都以增強渦輪(turbocharger)效能為主要研發方向。究竟渦輪的魅力在哪呢?渦輪不僅能增加動能的提升,另一方面用小引擎搭載渦輪的使用,小排氣量的汽車能達到與大車相當的動力效果。近10年來,環保法規越來越嚴苛之壓力下,車廠都希望能降低排氣量來達到法定標準。且一般行駛並不需要用到最高馬力,採用小引擎搭載渦輪系統,在市區段的道路上,油耗與排汙都可以大幅度改善。

 

汽車發動機產生的功率來自汽缸內的氣體膨脹,工程上可以透過強制壓縮空氣提高發動機的進氣量,從而提高發動機的功率。渦輪就是利用排出廢氣的能量來推動渦輪葉片,促使進氣壓力增加,扭力與馬力也跟著加大。渦輪增壓器是能使發動機在工作效率影響極低的情況下增加輸出功率的裝置,相對於機械增壓(supercharger)大幅度消耗引擎本身的動力,渦輪增壓是利用原本要丟棄的廢氣動能來回收增壓,消耗引擎的功率非常小。

 

早期渦輪的應用並不廣泛,除了價格高昂外,還容易產生渦輪延遲問題,導致汽機車駕駛起步遲鈍,其耐久性也不佳。所以傳統渦輪只會運用在賽車、跑車、柴油引擎等高荷重的車輛。而透過電子控制技術的提升,引擎軟硬體的進化,解決了渦輪引擎先天的缺點,調校良好的渦輪引擎,其駕駛性甚至與大排量的自然進氣引擎無異。

 

渦輪平價化的關鍵在於加工技術的發展,降低了製作渦輪的成本。現今台灣許多廠商已經在進行渦輪代工或自己研發渦輪。加工機早期是難以取得的天價,但是近年來加工機逐漸普及。以渦輪葉片加工常用的五軸加工機為例,目前市場價格已脫離國防與航太工業的等級,甚至落至千萬元級,為中大型加工廠可負擔,渦輪的生產不再是遙不可及。

 

目前汽車技術有多面向的發展,許多車廠陸續推出油電混合車,遠程的目標是發展出環保無汙染的電動車,然而絕大部分的車輛仍搭載傳統引擎。小排氣量搭載渦輪增壓引擎可有效減少排污,並同時擁有低油耗的優點,故而成為當前發動機的發展主流趨勢。(本文由科技部補助「工程技術與社會風險之新媒體溝通」執行團隊撰稿)

 
責任編輯:楊斯嵐 助理教授|南臺科技大學 資訊傳播系
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