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渦輪效率101

by Mike

增壓值、風量、渦輪效率、渦輪轉速與馬力之間的關係,本課題略為艱澀不適合初心者,須具備理解 COMPRESSOR MAP 的基礎。

我們首先建立一些基本概念

用渦控提高渦輪壓力時,其實是嘗試在提高渦輪轉速;其二,增壓值並不代表一切。

增壓值僅代表渦輪打出來的風,在進氣管路內受到阻礙後,所產生的壓力。同一顆引擎搭配不同的渦輪,一顆 TD05@1bar 跟一顆 3582@1bar 的風量是完全不一樣的。

其三;渦輪轉速是控制變因,增壓值是不同引擎特性所造成的反應、風量是產出結果。渦輪效率範圍內,渦輪轉速越快,增壓值越高,才能提供更大的風量

圖 Garrett GT3076 COMPRESSOR MAP

*以下皆假設引擎位於海平面、大氣壓力1bar、沒裝空氣濾芯、中冷及進氣管路無壓損

例1)

首先我們來看所謂渦輪沒用盡,正常工作範圍的模擬,提高渦輪轉速會發生甚麼事。

例如由淺綠色點移動到深綠色點。

提高渦輪轉速 115,226rpm -> 130,197rpm

增壓值從 1.75bar -> 2.2bar

渦輪效率雖從 70% -> 65% 下降 5%、但整體風量上升。從 43lb/min 提升到 48lb/min,理論上能提升50hp

例2)

渦輪風量已經用盡的情況下提高增壓值,假設廢氣量足夠,能推動渦輪轉速持續上升、

增壓值從 1.6bar -> 1.9bar 由咖啡色點移動到紅色點。

但我們會見到風量沒有增加,此時動力不會上升,兩者產出的風量都在 52lb/min 附近。

例3)

同一顆渦輪在固定渦輪轉速下,遭遇不同特性的引擎,會產生不同的增壓值。引擎進排氣效率越差、排氣量越小、吞吐量越少,增壓值便越高。進排氣效率越佳,或者是排氣量越大的引擎,在同樣的渦輪轉速下,增壓值反而越低。

此外,同樣渦輪轉速下增壓值越低,產出的風量越大。

可以想像深綠色點為一顆 2.0L 的引擎打 2.2bar、咖啡色點為 3.0L 的引擎打 1.6bar,後者反而會得到更大的風量

同樣我們可以類推,假設渦輪轉速皆固定在 130,000 轉

A引擎 – 汽缸頭完全原廠、過六千轉後動力衰退、引擎吞吐量大幅度下降,增壓值雖高但渦輪所打出來的風流量較低

B引擎 – 汽缸頭換裝較大的凸輪軸、進排氣道或者是汽門有妥善加工,引擎吞吐量佳、增壓值雖低但渦輪流量較高、馬力也會更大

結論

新世代高風量小渦輪要做大馬力,大排氣量容易,小排氣量困難,同一顆渦輪在相同的引擎,不同的車上,由於進排氣效率的關係會有天差地遠的表現,當派要夠粗、進氣要夠通、凸輪軸要改、渦輪風量才容易提升,小排量要做大馬力,勢必高增壓,難度在於燃料抗爆震的問題、進氣溫控管的問題、汽油壓力衰退的問題

同樣把渦輪榨乾的情況下你的引擎在 choke line 的哪一個點、決定了你的最大輸出,不要只看一顆渦輪最大的 lb/min 因為你的引擎很有機會跑不到那個點。

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