渦輪本體選擇

作者：蔡依橙 (sillyduck@TAPC)

日期：2013年7月1日

◎2013 年修訂序

十年前寫的文章，修訂一下後重刊。長篇論述就這兩篇了，另一篇在這。其他的改裝文章，零星散在 TAPC 的討論區，圖片連結也逐漸失效了，就讓那些過去，逐漸過去吧。

◎緒論

在改裝雜誌中，不管拉馬力或是跑零四，標題中對車子的介紹最常見的就是車種跟搭載的渦輪（NA則是車種跟重點改裝），這表示當我們要對一台渦輪車做個最簡單的介紹，除了引擎本身以外，就是要去認識他的渦輪。

說到渦輪，目前台灣常見的牌子不出十個，要經過市場考驗，穩定度跟性能表現都很重要，價格跟可近性也是影響渦輪能見度重要的因素，以外掛渦輪來說，日本廠的 MHI (三菱重工)、IHI (石川島播磨重工業株式社會夢想科學會社)是最常見的品牌，日本以外的 Garrett（蓋瑞特，也代工 HKS）、KKK 等等也都有一定的支持者。

Garrett：這個是 HKS 大多數渦輪的來源，如果要跑零四，這家的美式作風很適合，但若是到了亞洲國家這種市區路面，大概渦輪都沒機會全開，除非你找到高手加持。當然也跟渦輪的大小有關，但 Garrett 的渦輪大多對應風量都超大的。美式作風最大的好處，跟美國職棒一樣，就是他們都會把自己的渦輪很科學化的呈現，所有的流體力學曲線、A/R 值(個人認為比號數更能代表渦輪特性大小的值之一)、compressor map、turbine map都有，Garrett 官網，可以作為認識渦輪的起點。

三菱：這家的渦輪也很有意思，一般改車族的認知就是日本渦輪遲滯很不明顯，這個其實要歸功於三菱跟 IHI 作 OEM turbo 打到全世界的眾多車款，日本渦輪的最大問題就是他們不公布渦輪風量數據，例如 compressor map，至於 turbine map 更是想都不要想。但一般認為，他們的渦輪峰值能維持一個平原，低轉速高扭力，但高轉時容易 surge 導致排溫過高。三菱的渦輪主要在改裝市場就是 TD-04、TD-05 等等，至於一般認為 TD-04 是四號，其實有點誤解，因為TD系列只是指他的 housing，真正葉片的部分有另外的數據，所以 TD-04 11G 跟 TD-04 15G 根本可以視作不一樣的渦輪，看起來小小一顆，真正吹起來到底如何，因葉片的不同會有 LG 比雞腿的差異喔。

IHI：目前我在考慮要落的渦輪牌子，之所以喜歡這家，是因為這家是日系廠少數還可以找到 compressor map 的，雖然不完整，但至少夠我計算用了，另一個原因是因為 IHI 這家公司的全名：「石川島播磨重工業株式社會夢想科學會社」，有「夢想」兩個字，這很酷。 IHI 的 USA official site ，可以找到很多資訊。

以上只是一個大概的介紹，但真正要花十幾萬去落渦輪的話，我建議還是不要只是聽人家講或是看雜誌，因為真正的觀念這些地方很少提到，至少要先瞭解渦輪的作動原理、渦輪的大小跟配合的排氣量、轉速增壓值跟馬力的關係，接著動手找一下你喜歡的渦輪的 compressor map，接著用以前學過的空氣力學帶進自己車子的數據，看看到底這顆渦輪適不適合自己 2.0 升 6600 轉的引擎，在激烈操駕時會不會排溫過高、在渦輪轉速極限時會不會 surge 等等。我們買一台筆記型電腦都會去計較 CPU 多快、RAM 多少，何況是這種不是大量出貨，要相信店家的台面下改裝，而各家渦輪大廠對於渦輪的特性也不能一概而論，畢竟搭配、安裝、調教其實都遠比迷信某個渦輪號數或是型號來的重要！

◎選擇渦輪本體

選擇一顆渦輪本體，最基本的，要考慮這顆渦輪適不適合我們的引擎。這中間需要考慮的因素有：引擎本身的排氣量、轉速、強度、將來可能打的增壓值以及可能破轉速的上限。要去符合這些條件，就必須拿到各家廠家的 compressor map，以下以 Mitsubishi 與 IHI 做選擇：

計算的條件如下：

– 預計兩階段增壓，0.5 bar à 1.0 bar （後來直接上凹頂活塞做高增壓了，這是之前算的。）

– 引擎 2000 cc 6600 rpm 斷油

Pressure ratio:

– 0.5 bar = 1.5 ; 1.0 bar = 2.0

Airflow rate (6600 rpm):

– Garrett: 19.379 lbs/min

– Mitsubishi: 201.03 cfm

– IHI: 5.695 m³/min

Airflow rate (8000 rpm)

– Garrett: 23.490 lbs/min

– Mitsubishi: 243.67 cfm

– IHI: 6.90 m³/min

IHI系列渦輪

由這張圖可以得知：在低增壓、不破轉速的狀況下，RHF 4 & RHF 5都能有不錯的效率。但當增壓值打大，轉速維持 6600 rpm 時，RHF 4 效率開始衰退，排溫升高。若考慮將來的升級性，RHF 5 以及 RHF 55 會是比較好的選擇。即使打高增壓值或甚至破轉速，都還在對應的範圍內。

在找渦輪本體的過程中，更瞭解渦輪的市場，發現渦輪大多都是外匯進來的，全新的價格較高，一般都是新車原廠渦輪換下後進口到台灣的最多（新車就改裝升級），價格實惠，也幾乎沒用過。也發現，IHI 的編號有點小混亂，雖然RHF 55是比較新的編號，但其實還有次編號的系統，如：IHI RHF55 VF36、IHI RHF5 VF38，RHF 後面的字是 basic design，housing 略有不同，而 VF 後面的數字越大越新，倒沒有大小的意涵。

在我改渦輪的這陣子，比較流行的就是前陣子有日本人來台灣 TIS 跑出 1 分 2 秒的STI spec C原車渦輪 IHI RHF5 VF38。STI 系統的特色，之前小弟看雜誌粗淺的瞭解是，STI 的渦輪會比 WRX 的大一點，lag 也比較嚴重，但 4000 rpm 後的扭力很恐怖。上網看了一下 VF38 的一些討論，發現美國 Impreza forum 對 VF38 不熟，似乎是美國本土沒有 spec C 的關係。稀少的言論中都是推崇的，只是對於他 exhaust outlet 的設計有點意見（日後討論），但這部分是可以解決的，於是我就跟老闆說「請幫我辦這顆渦輪進來，確定要這顆了」。心想，依引擎狀況來說，Tierra 只比 Impreza 少一千轉左右，能在 4000 rpm 的扭力峰值附近加上 RHF 5 VF38 的加持，中高速應該會很漂亮。

Corky Bell 認為除非不跑高速，只是市區塞車用，不然一般建議選擇全增壓能在最大轉速 1/3 時出來的渦輪剛剛好，以 Tierra 來說，大約 2200 轉，RHF5 VF38 若要 0.5 的話大概全油門 2500 rpm 左右就到了，蠻適合的。

至於為什麼沒有用有名的 TD-04，這個其實都是我個人因素，老闆一直建議我他私藏的一顆 TD-04 改高風量的，用小 housing（比 IHI RHF5 的確是小的多）加上高風量葉片，可以有早增壓、又能兼顧高轉的效果，但我最後還是捨棄這顆鎮店之寶裝了 VF38，原因有二：一則 TD-04 是 MHI (Mitsubishi heavy industry三菱重工業) 的渦輪，三菱這家公司岌岌可危，我對於一家士氣低迷面臨倒閉的公司作出來的東西說真的沒有信心，當然，老闆也提到，壞了都可以修，算他的，但我個性不喜歡壞掉顧路的風險，還是放棄。二則這顆號稱高風量混種渦輪，實際上卻一直沒辦法拿到他葉片的型號，TD-04 11G 的渦輪前面 04 是指housing，後面的數字 11G 是指葉片，從 200 HP 到 400 HP 都有不同的葉片可以對應，如果能知道他到底是 TD-04 13G 或 15G，我會比較想裝，因為我的個性相信自己手算、相信書上的資訊、相信網路的資訊，但或許也因此錯過了很好的機會。因為那顆渦輪裝在一台喜美上，竟跑出 Spec-R 2000cc 以下渦輪組第三名，贏過一大堆怪獸。

TD-04 13G：這張圖可以看出，TD-04 13G 最棒的效率是在中增壓，大約對應 6600 rpm 的話，0.5-0.8 bar 都很棒，再上去大概可以承受到 1.5 bar 左右，之後渦輪效率就會開始降低，容易升高排溫。

而 TD-04 15G 則是大了點，對 2000 cc 6600 rpm 的引擎來說，還沒經過最甜美的中心區。

◎選擇RHF 5的原因

– 一體式 wastegate 但無排氣干涉

一體式的 wastegate (或稱actuator)最大的問題一般出現在排氣洩壓處跟從 turbine 處出來的空氣排氣干涉太嚴重（如下圖），在這個地方排氣干涉造成的後果是最嚴重的，會導致 turbine 運轉不順 (turbo lag更多) 還有排氣不順 (回壓導致排溫升高)。RHF5 VF38 的設計差了點，兩個出口沒有分開，但我們動了些小手腳，讓他們不互相干涉。加上預計把wastegate端直接接管子洩放大氣，能讓空氣流動最順暢。也能得到虛榮的排氣大氣洩壓聲。

這個渦輪設計就差了，很難事後對排氣狀態做補救。

– 雙排側 Split-inlet exhaust housing

雙排側的設計是為了少汽缸的引擎發明的，其中效果最明顯的就是四汽缸引擎，以 V10 來說，無時無刻 turbine 都有廢氣在推動，但直四的，每一百八十度才有一次廢氣排出推動葉片，所以更是珍貴。我們把 1,4 缸，2,3 缸連接起來通入 housing，確保每個180度的排氣能夠有效推動葉片，把排氣干涉減到最小，推動葉片更有效率，減少 turbo lag，增壓反應更快。

– 水油冷 Water-cooled CHRA

這個是具有爭議的一部份，台灣的改裝渦輪車，100 台有 99 台沒做水冷，但我所查到的資料不管是網路或是書本都很強調水冷的重要，施工水冷主要的目的是為了減輕機油冷卻的負擔，因為中心軸承的工作溫度非常高，一般超過 400 度以上，市售機油很容易被燒焦，萬一燒焦了，潤滑效果減低，甚至可能在細細的軸承通道中塞住，讓 turbo 掛點。左下圖可以看出，加裝水冷後機油溫度可以降低約 100 度，延長機油壽命、延長 turbo 壽命。但對於 turbo 的反應跟進氣溫度是沒有影響的。

在國外 turbo 的書，說到機油，叫做 lubricating oil，說到水冷，叫做 water-cooled CHRA，也就是說油管潤滑、水管冷卻，機油因為低比熱的關係，能帶走的熱量相當有限。

– 滾珠軸承(Ball bearing)

滾珠軸承的設計是為了減低軸承處的摩擦，讓軸承更輕，降低 turbo lag。

由下圖可看出，滾珠軸承的摩擦力比一般的渦輪要來的小，尤其表現在渦輪迴轉速域更明顯。減輕 turbo lag 的效果很好。

◎結論

渦輪本體是低增壓改裝中最花錢的一部份，當然也是決定改裝成果優劣時，最核心的要件之一，目前台灣的改裝熱潮大約都在 1600-2000 cc 間，所選擇的渦輪其實差異不會太大，尤其 1600 cc 常見的單凸喜美，比一般他廠的 2000 cc 轉速都來得高，能推的渦輪其實根本就是 2000 cc 等級的，所以常用的渦輪大概就是那幾顆，但小變化就多了，改葉片、混種進排氣，使得這部分的選擇相當多，卻也相當困難。

如果願意的話，在改裝前，花點小錢買兩本書，花點時間動手算一下自己將要改裝的渦輪的風量跟合適程度，對結果也比較能預期，當遇到不同店家、不同車友對同樣的渦輪有截然不同的看法時，也才能有自己的定見。

最後要提的是，為什麼我不用「號數」來定義渦輪，最基本的就是「號數」本身根本沒辦法被定義，到底什麼叫做四號渦輪呢？TD-04 的四嗎？那麼 IHI RHF55 是不是就是五號半？TD-04 15G 就是四號半嗎？那麼Garrett GT 2530 到底是二號、五號、三號、還是零號呢？我問了很多渦輪店家、很多渦輪車友，沒有人能告訴我確切的定義。

於是我一開始接受Garrett的 A/R 值定義，但學會後，發現 IHI 跟 MHI 根本不甩這套，接著我進一步從風量的角度切入，研究 compressor map，心想，這總夠科學客觀了吧。但不幸的是，IHI 跟 MHI 的風量原廠都不 release，只有找到國外日蝕俱樂部自己測的 MHI 風量，跟 USA IHI 原廠提供的可憐比較圖。

雖然資訊少，但這是唯一一個，全世界渦輪改裝族共同的語言、各種廠牌能站在一起比較的基礎。我想，改裝本身是人類利用知識與科學去達致最大性能的活動，自然不該摻進太多的嘴上迷霧，應該一就是一、二就是二的定義清楚。