渦輪增壓引擎的歷史 第一部【從暗面深淵到黎明光啟】 (西元 1900 年到 1970 年)

1200x628-渦輪增壓車歷史-1
分享給朋友:

精采內容/快速導讀

 

 1 「渦輪增壓」到底是甚麼?乖!請翻開教科書!

 2  Buchi 與 Diesel ~ 上山下海天上飛,無所不在的「渦輪增壓」!

 3  Turbo 老祖宗 ~ 半世紀前加速 9 秒台的怪物 Oldsmobile Jetfire!

 4  結論

 

精采內容/閱讀全文

 

 1 「渦輪增壓」到底是甚麼?乖!請翻開教科書!

 

「A turbo is God’s way of saying there isn’t enough cylinders.」

打從西元 1886 年 Karl Benz 先生製造出史上第一部以「汽油」作為動力來源的專利三輪汽車之後,一百三十餘年來,多少工程師們莫不焚膏繼晷,絞盡腦汁,於提高駕馭快感和動能極限的偉大航道中,全然獻出了自己寶貴的青春歲月…舉凡完成於西元 1910 年,排氣量高達 28,353c.c.(是的,您沒有看錯!),當時可輸出 290 匹「驚人」馬力的義大利飛雅特(Fiat) S76,或者是西元 1997年時突破「音障」(Sound barrier),締造最快陸地速度 1227.9km/h 的英國 Thrust SSC 火箭渦扇車,再再都顯示出人類渴望征服地表,寫下全新速度紀錄的雄心壯志。

 

 

 

但因為引擎本體有著無法避免的結構限制,不可能持續擴張排氣量的空間,各家製造廠都必須在外觀與性能間取得設計美學與物理學的平衡,所以在相同的排氣量下,如何有效增加引擎額外的輸出力道,就必須仰賴「開外掛」…技術人員透過導入不同外力裝置的輔助,提高進氣量與燃燒效率,讓引擎動能足以盡情發揮,也能夠突顯其不凡的工藝造詣。

 

「渦輪增壓系統」(Turbo Charger),沒錯,資深車迷們口中的「螺仔」,就是在此需求下所孕育而生的產物!

 

翻開塵封已久的教科書,咳咳!上面是如此記載著:「渦輪增壓器,是一種利用內燃機運作後產生之廢氣再通過由定子和轉子所組成的結構驅動之空氣壓縮機(Air-compressor)。此結構能增加進入內燃機的空氣流量,從而使得機器效率提昇。現代常見用於各式汽車引擎中,透過利用排出廢氣的熱量及流量,渦輪增壓器能提昇內燃機的馬力輸出…」

 

 

感到頭昏眼花嗎?那簡單的說好了,「渦輪增壓系統」就是一種「強制引擎進氣」的裝置,藉由引擎燃燒作動後所排放之廢氣,來驅動一具或以上的渦輪扇片,進而壓縮出大量的空氣,並且將其吸入後再次全數導入燃燒室內,讓引擎內部的含氧量大幅增加,超過一般「自然進氣系統」(naturally aspirated)的數倍以上,如此一來,引擎的燃燒效率獲得有效提升,也就能夠換取可觀的最大出力值!

 

雖然說,「壓縮空氣」的作法在得到高出力之餘,伴隨而來的偏高熱能與零組件堪用度下滑,是渦輪增壓系統長年以來始終要面對的重要課題,但那猶如大霹靂般爆炸性的輸出力道,瞬時猛烈的貼背快感,卻又不由得讓人魂牽夢縈,久久無法忘懷,即使物換星移,「渦輪增壓系統」已問世超過了一百年,依舊使人再三陶醉!

 

 

 2  Buchi 與 Diesel ~ 上山下海天上飛,無所不在的「渦輪增壓」!

 

是的,「渦輪增壓系統」(Turbo Charger)早在西元 1905 年,也就是還在「中國大清光緒 31年」的時候,已經由瑞士籍的工程師Alfred Buchi(1879-1959)取得「德意志帝國專利局」所核發的蒸氣渦輪研發專利。7 年之後,發明柴油引擎的機械專家 Rudolf Diesel(1858-1913),在西元 1912 年時率先將渦輪增壓裝置與柴油火車機關頭(Diesel Locomotive)兩相結合,投入於瑞士東北方 Winterthur–Romanshorn 間的鐵路運輸計畫…

 

 

Diesel 期許渦輪能改善傳統柴油引擎在低轉速時扭力不足的問題,另一方面則希望有了渦輪加持之後,藉著源源不絕的充沛動力,可增加柴油列車的載運能力。但由於當時仍存在著許多技術上的問題尚待克服,Diesel 先生又於隔年離奇身亡,故在無法符合商業利益考量下,面臨西元 1914 年第一次世界大戰的爆發,此空前的運載構想最終胎死腹中…

 

一戰結束之後,面對不斷成長的大眾運輸需要,具備動能優勢的渦輪增壓裝置再次獲得了工程師們的關注,西元 1923 年,兩艘受德國交通部所委託,首次搭載柴油渦輪增壓引擎的商用船舶正式投入了定點航班的營運,相較於原先自然進氣引擎的 1750 匹馬力,渦輪增壓系統加持下所產生的 2500 匹馬力高輸出值,載貨、運客均得心應手,算是成功擦亮了「Turbo」的招牌,也讓接下來的十餘個年頭,無論是 Sulzer Bros.、MAN 或是 Daimler-Benz 等歐洲主流發動機製造商,通通投入了專精船用渦輪增壓引擎的懷抱。

 

西元 1938 年,瑞士重車品牌「Saurer」完成了第一輛柴油渦輪增壓引擎貨車的組裝測試作業,同時憑藉著第二次世界大戰期間內,人員、武器乘載與機動車輛作業之需要,柴油渦輪增壓引擎的用途逐漸轉往軍事化與非商業化,更能夠在軍用卡車與長程火箭運輸列車上看見其奮戰不懈、賣力向前的身影…

 

至於在大西洋的兩岸,英國與美國的工程師們則是把渦輪增壓器搬上了「天空」,從西元二十世紀二零年代實驗室內的數據演算,直到試作機的誕生與順利飛行,他們主張渦輪裝置可以成功彌補飛機因高空氣壓和密度降低所導致內燃機自然動力之損失;到了二戰中後期,「通用電氣」(GE)替美國陸軍航空部隊打造了專屬的航空用渦輪增壓器,並裝設在「波音 B-17 空中堡壘轟炸機」(Boeing B-17 flying fortress)與「P-47 雷霆戰鬥機」(Republic P-47 Thunderbolt)等著名機種之上,那優異的高中巡航表現與睥睨對手的強勁動力輸出,不只讓軸心國敵方聞風喪膽,「Turbo」更成為美國空戰最後得以致勝的主力功臣之一!

 

 

第二次世界大戰落幕,伴隨殘破的歐洲大陸急需諸多公共設施與基礎建設的復興,大量的柴油渦輪增壓商用卡車成為了政府與民間重建的好幫手,如 MAN 750TL1 與 Volvo Titan 等,都是當年赫赫有名的公路渦輪勇將,強大的載運量與爬山越嶺的行走力,也為歐洲復甦的春天揭開了如行板般的序幕…

 

 

 3  Turbo 老祖宗 ~ 半世紀前加速 9 秒台的怪物 Oldsmobile Jetfire!

 

看見「渦輪增壓系統」在兩次世界大戰裡於船舶、航空機,甚至是重型機械車輛上的快速發展與大量運用,第一款有配置渦輪增壓系統的市售量產版汽油引擎汽車,一直要等到西元 1962 年間,經由美國「通用汽車」(General Motors Company)技師們的巧手,才得透過「Oldsmobile」品牌下的 「Cutlass /F85 Jetfire」正式發表!

 

 

在原有「通用汽車」所開發的 3.5 升 Aluminum 215 V 型 8 汽缸引擎本體上加入 Garrett AiResearch 所設計的渦輪增壓器,重新命名「Turbo-Rocket」,採雙門硬頂跑車樣式與 FR(前置後驅)設定的 Oldsmobile Jetfire,可輸出 215 匹最高馬力(4600 轉時)與 41.53 公斤米(3200 轉時)最大扭力,經專業媒體測試下,0-100 公里/小時的加速時間為 9.2 秒左右,安全極速則為 177 公里/小時。

 

按照現在的角度,帳面數據看起來或許不是那麼亮眼,但您知道嗎?以同時期北美市場熱銷的德國 Volkswagen Karmann Ghia 雙門跑車作為對照組,後者不到 50 匹馬力和 9.6 公斤米扭力的成績,呵呵!Oldsmobile Jetfire 真不愧結合了「Jet」與「Fire」,不只是厲害二字而已,簡直是無法抗衡的怪物啦!

 

 

 

最終總生產數量為 3,765 輛的 Oldsmobile Jetfire,由於原廠在組裝品質與零組件堪用度上仍有許多進步空間,引擎爆震與渦輪延遲的問題亦十分嚴重,而且為了應付獨特的渦輪增壓引擎設計,更需要添加專門調配的燃料,故嚴格上並不能算是一款成功的量產車型。

 

 4  結論

 

從「皇上萬歲萬歲萬萬歲」直到「恭賀 蔣公連任中華民國總統」,近七十年的光陰,劃時代「渦輪增壓器」(Turbo Charger)的問世,從陸地到海洋,又由天空回到地面,Alfred Buchi 應該沒有料想到,他的發明竟然影響了整個發動機領域,甚至更因投入戰爭,藉由美軍轟炸機與戰鬥機的連番大捷而改變了世界局勢!

 

雖然說,在 Buchi 有生之年,還沒有辦法看見渦輪增壓器被普遍使用在一般家庭乘用車之上,但隨著研發技術的持續演進,以及精密工業製程的標準化落實,很快地,有著嶄新渦輪增壓裝置的市售款汽車,一部部開始奔馳於公路之上,從德國「無限速高速公路」(Autobahn)到羅馬「西班牙廣場」(Piazza di Spagna)旁的咖啡雅座前,「TURBO」的車尾銘牌,即將成為街道上最耀眼的圖騰!

 

好的!接下來,讓我們繫好安全帶,扭開收音機,(順便帶杯黑咖啡),一同用「Rock Your 70`s Turbo!」,回到激情、浪漫的七零年代吧!Let’s go!

 

※本文圖片僅供參考瀏覽用,圖片版權屬於原作者及出版社所有,未經同意,嚴禁任何下載或其他應用行為。

 

第一張:外號「杜林怪物」(The Beast of Turin;Fiat 總部在杜林)的 Fiat S76,車重 1650 公斤,西元 1913 年時跑出地表最快時速 213km/h,全世界僅有兩部。

第二張:Thrust SSC,搭載了兩具來自於英國「勞斯萊斯」(Rolls-Royce)的後燃器渦扇發動機引擎。

第三張:呃…我們還是來回味一下教科書裡的汽油引擎渦輪增壓器示意圖好了 XD

第四張:彷若頂級藝術品般的鬼斧精工,Bugatti Chiron 四渦輪增壓 W16 引擎的 1:4 複製品模型

第五張:渦輪技術先驅 Alfred Buchi

第六張:柴油引擎的發明者 Rudolf Diesel

第七張:經典二戰名機 Boeing B-17 flying fortress 

第八張:經典二戰名機Republic P-47 Thunderbolt

第九張:搭載旗艦級 9.2 升直列六缸柴油渦輪增壓引擎的 Volvo Titan L395 卡車,馬力 185 匹,扭力高達 73 公斤米,可運載將近 18,000 公斤的貨物。

第十張:對比史蒂芬∙金(Stephen King)大師筆下「Christine」主角 Plymouth Fury 的妖豔與邪氣,同時期的 Oldsmobile Jetfire 就顯得「正氣凜然」許多,頗有法海對上白素貞的味道。

第十一張: 這車如果現在開在路上,吸睛程度絕對贏過一大票牛馬超跑,但或許也會被路人誤認為是在拍電影吧?

第十二張: Oldsmobile Jetfire 上市時的平面文宣廣告,特別強調其「Turbo」車的特殊身分(左)

第十三張: Oldsmobile Jetfire 上市時的平面文宣廣告,特別強調其「Turbo」車的特殊身分(右)

分享給朋友:
Open