渦輪增壓器如今無處不在,但它們究竟是甚麼東西呢?到底有何用處呢?我們在此列舉了閣下欲知的一切,以及好些閣下不欲知道的事。

Turbo 101:The Joy of Lag
渦輪增壓 百問百答

Posted 24/10/20

渦輪增壓器如今無處不在,但它們究竟是什麼東西呢?到底有何用處呢?我們在此列舉了閣下欲知的一切,以及好些閣下不欲知道的事。

Words:Ollie Kew、Mark Riccioni、Paul Horrell、Stephen Dobie;Translation:Tony。


極速王牌 

量產車速度紀錄在1980年代是個燙手山芋,CountachTestarossa和各式RUF先後為此各執一詞爭執不休。其後保時捷959挾著渦輪增壓重火力橫空出世,在1986年真刀真槍錄得317km/h極速一舉刷新世界紀錄,渦輪增壓勢力自此便支配極速之爭。

  • 渦輪增壓器如今無處不在,但它們究竟是甚麼東西呢?到底有何用處呢?我們在此列舉了閣下欲知的一切,以及好些閣下不欲知道的事。

怎樣安裝渦輪增壓器 

是時候用渦輪增壓為你的引擎沖喜吶,恭喜恭喜。用得其法,你會獲得拉到頸筋隱隱作痛的性能作為回報;不得其法的話,屯積2020年月曆的投資價值可能更高。

那麼購物清單上有什麼呢?首先,你需要一個實實在在的渦輪增壓器,以及一套與之吻合的歧管。此外,你需要安排機油油路以潤滑增壓器,並且在前面的進氣口安裝過濾器,以防增壓器把小動物吸進肚內。

有了這些東西,你的引擎就可以加壓進氣,下一個步是安裝中冷器。儘管嚴格來說並非必需,用中冷器降低增壓進氣溫度始終是上上之策。因為進氣溫度越高,氧氣密度會相對降低(由是削弱動力輸出),引擎爆震的風險也會增加。爆震這個術語乍聽很可怕,因為爆震本來就很可怕。

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經過冷卻的空氣現已準備好進入引擎,但你應該想用旁通閥(actuator)或洩壓閥(wastegate)之類的裝置控制增壓力道。當進氣壓力達到理想水平,比方說10psi,洩壓閥或旁通閥便會發揮分流作用(做法通常是把多餘廢氣直接導回廢氣系統排出車外),以免太多廢氣湧向渦輪扇葉,因為過度增壓可導致引擎爆炸解體,有趣的是大家都習慣把這套功夫稱作增壓控制(boost control)。

現在假設你的噴油嘴和火星塞力能勝任,那麼就有必要告訴它們應該在什麼時候增加供油量,增加幅度又應該有多大,以及什麼時候點燃混合氣以產生最大動力。最理想的做法是安裝一個斤兩十足的獨立ECU,再用手提電腦接駁ECU妥善設定供油和點火控制程序。不過實際做法須視乎不同車型,假設車上原有的OEM電子控制單元本來就是渦輪增壓套件的用品,你也許簡簡單單更換晶片就可以了事。

做妥上述步驟,你的座駕基本上已獲得渦輪增壓加持。不過改裝過程其實麻煩多多複雜百倍,所以請勿把本文當作秘笈。話雖如此,把座駕改裝成渦輪增壓確實是人生一樂也。


為何需要渦輪增壓?

渦輪增壓代表你可以把更多動力塞進一個尺寸較小的引擎室,因為增壓引擎的體積可以小於用較大容積換取同等動力的自然吸氣引擎。作為早期渦輪增壓的範例,保時捷911把這個空間狹窄的空間設於車尾,不過前置引擎室同樣可以利用增壓引擎節省空間,尤其是橫置引擎,因為輪拱之間未必有足夠空間讓汽缸數目眾多的引擎橫置於車頭。引擎尺寸較小也暗示重量較輕,放進車頭的話,轉向不足傾向理應較弱。

遲滯反應過後,渦輪增壓引擎能為任何一個齒比注入更強大的動力,於是省去了經常拉高轉速的不便。當然,換檔和維繫高轉速本身也是駕駛樂趣,但你可不想被逼做這些動作吧。

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小型增壓引擎也比汽缸眾多的大引擎便宜,生產商當然不可能忽略這個事實,他們亦樂得利用不同脈譜在同型引擎上變化出多級動力以擴增客源。

小型化渦輪增壓引擎的省油潛力亦不小,前提是開車手法要非常溫柔,溫柔程度好比廠方的測試循環。這種勤儉持家的潛質當然也是渦輪增壓勢力如今得以大行其道的原因。

品味最差的圖案:渦輪增壓招牌大忌 

1980 Renault 18 Turbo

這款雷諾曾經是坊間所能買到的最便宜渦輪增壓汽車,不過車門上的圖案也實在是太直白了。

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1981 Isuzu Piazza Turbo

如果八零年代的試車報告可信,Piazza的車身花紋雖然相當可疑,但賣相仍然比駕駛性能好得多。

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1983 MG Metro Turbo

Metro在生產年間推出了許多莫名其妙的車身圖案,卻一律有一個共通點,一律讓你看到想吐。

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1987 Alfa Romeo 75 Turbo Evoluzione

Giulia Quadrifoglio的八零年代祖先,造型與含蓄或囂張只有一線之差,君可見那些紅色輪圈啊!

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2017 Porsche 911 Turbo S Exclusive Series

好吧好吧,它沒有大大隻字說自己是渦輪增壓,但車身條紋和顏色好似人中黃的車漆卻足以證明就連渦輪增壓老前輩也有失手時。

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解剖蝸牛 

廢氣以熾熱狀態從引擎高速流出,等於白白浪費能量。渦輪增壓器的工作很簡單,就是活用這股能量。渦輪扇葉在廢氣推動下會轉動另一邊的增壓扇葉,增壓扇葉則負責把更多空氣送進引擎。進氣量增加則代表引擎可以燃燒更多燃料,由是產生更多動力。然而隨著轉速上升,渦輪增壓器的壓縮氣體的力道會變得非常大,大到足以摧毀引擎,所以增壓器會用洩壓閥之類的閥門進行分流,讓過量廢氣過門而不入。

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渦輪增壓器別稱蝸牛,皆因……不就是形狀似蝸牛嘛。渦輪機:廢氣進入渦輪室後帶動扇葉旋轉,扇葉轉速可達160,000rpm左右。壓縮器:吸入新鮮空氣並予以加壓,壓力可達1.5倍大氣壓力。加壓會令空氣溫度上升,所以壓縮器的進氣管道會連接中冷器。中冷器:夾在壓縮器和引擎進氣歧管之間的散熱器(氣冷或水冷),能令進氣溫度下降,由是增加空氣密度,空氣密度高則代表含氧量高。
渦輪機:廢氣進入渦輪室後帶動扇葉旋轉,扇葉轉速可達160,000rpm左右。
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排氣歧管:直接把引擎廢氣引導至渦輪增壓器,所以歧管本身可以熱到一片通紅。
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洩壓閥:當渦輪增壓器轉速快到引擎無法承受增壓力道,洩壓閥便會打開,讓部分廢氣繞過渦輪室直接進入觸媒轉換器。

渦輪增壓簡史

1905 由Alfred Büchi發明

在此必須指出渦輪增壓器發明後沒有人用得其法,直到十五年後才見於飛機使用的星型引擎,後來應用範圍擴大至船用柴油機。

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1962 Oldsmobile Jetfire V8

史上第一款渦輪增壓街車,大容積V8在偏低增壓力下只能產生215hp,而且性能並不可靠。

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1977 F1渦輪增壓時代:Renault RS01

兩個賽季內幾乎不曾跑完一次全程,後來卻修成正果,為增壓技術普及至日用車種建立了一個正面形象。

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F1史上最強勁的引擎是誰家出品? 拜5.3 BAR增壓力所賜,寶馬1986年炮製的1.5公升四汽缸M12引擎據說在預賽規格下力能產生1,400RPM,用1.6巴壓力的新型911 TURBO則有640HP。
1978/79 第一款渦輪增壓柴油車

賓士300SD和寶獅604 D Turbo示範渦輪增壓器同樣適用於柴油引擎。

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1986 Porsche 959順序式增壓器

當中的小型增壓器勝在起動快,渦輪遲滯問題較小,大型增壓器則用於產生狂猛動力。寶馬M最新銳的柴油引擎便有四個渦輪增壓器傍身。

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2010 Fiat TwinAir超小型引擎

雙汽缸,尺寸細小,汽門系統非常高明,不過並非那麼省油,因為這款引擎實在太好玩。

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等你等到我心痛……

跟所有美好事物一樣,渦輪增壓器不會你一想要就立刻給你,而是講究一分耕耘方,一分收穫。

1987 Ferrari F40   

Karim Said允諾借出四部法拉利義助TG製作LaFerrari血緣特輯時,並無提出任何鄭重警告,亦沒有要求我們簽署大量文件,唯獨有一個小小忠告:「開F40不要放肆。」態度認真的車手都會敬畏F40,因為它只要察覺你有一剎那渾渾糊糊,就會當場扭甩你個頭。它亦不太擅長慢慢走,意謂車手轉瞬之間便要直搗一個由F40雙渦輪增壓器和狂暴增壓威力嚴格劃定的靶芯。不過正當法拉利、保時捷和其他門派在今天致力消除渦輪遲滯反應,突如其來的爆炸性加速倒是我們最欣賞F40的地方之一。

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1973 BMW 2002 Turbo  

低頻嗡鳴隨著渦輪轉動化作激情嘯聲,一待引擎轉速達到4,000rpm的23.9kgm扭力爆發點,便會得到十足十的回報。由於降下了車窗,你可以清晰聽到機關鎗排氣管連環掃射的粗糙聲浪,同時感覺到一股稍遜於現代掀背跑車的衝鋒力道,車廂缺乏隔音措施阻隔車外聲浪卻意謂速度感比實際車速還要強烈。動力曲線的特性尤其令人信心大壯,力道順勢飆升而非決堤式爆發。一待時機成熟,車手在彎心之前只要一腳釘死油門,渦輪增壓器便會在彎口剛好進入巔峰狀態。有點膽怯的我頓時被歡欣之情淹蓋,挾著不羈速度絕塵而去。

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1994 Audi RS 2 Avant    

奧迪RS 2 Avant是渦輪遲滯大英雄,所搭載的2.2公升20汽門五汽缸引擎得到保時捷悉心琢磨,在3,000rpm力能產生41.5kgm扭力。現今大部分渦輪增壓引擎直搗3,000rpm時,增壓值其實早在1,500rpm已經見頂,RS 2卻要等到6,500rpm才會發揮311hp的十成拳勁。所以RS 2好比一雞兩味,3,000rpm以下時溫順聽話,3,000rpm以上卻另有一番風味,瞬間爆發力之猛似乎只可能見於《駭客任務》的閃避子彈場面,就算在乾爽場地也渴望迫使四個車輪同時打滑,渴望你用4.8秒完成0-96km/h衝刺。這個傢伙從靜止加速到30mph(48km/h),在當年顯然比麥拉倫F1超跑還要快捷,何況車廂足以容納五人。

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2001 B Engineering Edonis 

一班曾經參與開發四渦輪增壓四驅EB110的志同道合人士,決定用這款Bugatti打造出更加純粹的快車,儘管他們口中的「純粹」其實應該寫作「驚心動魄」。他們拆下了那四個原本為了抑制渦輪遲滯而使用的小型增壓器,裝上兩個不發則矣,一發不可收拾的怪獸級貨色,把原本已經非同小可的555hp威力提升到前所未聞的700hp境界。為求買大開大,買小開小,他們甚至解除了前輪的驅動責任,畢竟他們的工程師曾經參與開發法拉利F40。結果這股怪力弄壞了Bugatti原有的變速箱,就連我的背樑也幾乎當場一分為二。這部車在3,500rpm以下無風無浪,一旦越過這條界線,增壓威力便會爆發,但爆發之前首先要耐心等待暴風雨的漫長先兆——渦輪遲滯——告一段落,然後就會感受到一股恍如被貨運列車全速撞擊的決堤爆發力。他們設定機件時以叱咤Nardò賽道為目標,我可是用同一部車在Modena的橫街嘗試閃躲那些Piaggio Ape三輪車啊。

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1978 Porsche 935/78 “Moby Dick"

最初但聞隱約嘯聲,彷彿有一列蒸汽火車自遠方駛近,聲調徐徐上升變得越來越清晰嘹亮,越來越像狂噴蒸汽的舊水煲,繼而調子一變急降八度,下一刻低沉咆哮已隨著渦輪大口吸入空氣化作雷霆。這時的你就像一粒紮在狂噴蒸汽舊水壺上的豌豆,切身感受到渦輪不斷累積壓力,覺得整部車正在蓄勁待發,然後……一鼓作氣火山爆發,應聲向前飛彈的你甚至會以為四周車身勢將被這股怪力一一撕脫。時至今日,人稱無比敵的935/78仍然是歷來動力最強大的保時捷911,雙渦輪增壓3.2公升平臥對向六汽缸力能產生845hp,在1978年利曼大戰曾經錄得228mph極速(約366.8km/h)。我剛才形容的過程?但覺速度快似光陰,何遲滯之有。

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渦輪遲滯到底是什麼一回事?渦輪遲滯意指你大開油門後,直到車輛恍如遭受電擊火燒屁股猛然發力狂奔之前的等候期,絕對值得期待。

一代傑作:它們是重新制定遊戲規則的車壇里程碑,行走湖江期間真真正正迷倒天下人。Words: Paul Horrell

1973 BMW 2002 Turbo

寶馬當年用渦輪增壓四汽缸引擎奪得歐洲房車賽錦標後,把經過修訂的同型引擎放進2002 Tii體內,卻適逢石油危機爆發,市場自然不太能接受一款身上有粗闊條紋和擋我者死擾流器的汽車,與之血統相連採用同型汽缸體的引擎最終卻成就了畢奇的F1世界冠軍。

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1975 Porsche 911 Turbo(930)

保時捷憑著1,100hp的917-30橫掃CanAm錦標賽,其後用渦輪增壓引擎開發了一款911賽車,為此需要生產一批用於規格認證的街道版,初代911 Turbo於是誕生。在此之前,保時捷街車一向表現良好,但在市場上僅屬乙組,Turbo則把911提升至躋身超跑甲組聯賽。

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動力何價?VEYRON的渦輪增壓壓力感應器,其實與MK5 GOLF GTI所用的貨色一樣,一個盛惠20美元,更換零件的人工卻需要1,800美元(當然是指BUGATTI)。不過提醒大家一句,BUGATTI的動力可是GOLF GTI的五倍。
1978 Saab 99 Turbo

渦輪增壓原本是紳寶用四汽缸抗衡寶馬和富豪六汽缸陣營的權宜之計,後來卻變成品牌點石成金的絕招。自此瑞典人為世人帶來了一系列創新技術,包括內置升壓線圈的火星塞、用電離作用偵測爆震、16氣門汽缸頭和低壓超省油引擎。

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1980 Audi quattro

由於渦輪增壓引擎爆發的扭力非同小可,八零年代的輪胎經常左支右絀,更別說應付越野賽,這個正是解決辦法。Quattro對現代高性能汽車影響之大可謂無人能出其右,横練輪拱亦相當不錯呀。

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1982 Bentley Mulsanne Turbo

6.75公升容積與渦輪增壓器形成的扭力颶風。他們曾經試圖用寶馬製品代替這款引擎,但在外界極力抗議之下最終再續前緣。如今這款扭力達到112.2kgm的引擎的確大限已到,但這些年來已憑著輕鬆又寧靜的加速性能奠定當今超豪華房車的範本。

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1985 Renault 5 GT Turbo

闖蕩F1江湖十年後,他們給世人帶來了這件作品,把不吝於加壓的渦輪增壓引擎放進體型嬌小的掀背車上。慢速行走令人有點生不如死,用力鞭策卻妙趣橫生,感覺恍如在牽引力的懸崖上走鋼索險險避過墮崖一劫。這是史上第一款功夫認真的超迷你掀背跑車,該當名留青史。

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2012 Ford Focus 1.0 EcoBoost

大獲成功的引擎,在福特歐洲銷量中佔有支配地位,對手在它帶頭下紛紛推出缸內直噴渦輪增壓三汽缸引擎。如今這款引擎已加入汽缸閒置功能以提升燃效,又有輕度混能技術助威,頂級版僅憑一個大小足以收進登機箱箱的汽缸體,就能夠產生155hp。

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福特1.0公升EcoBoost袖珍引擎的渦輪增壓器,平常使用時轉速可達120,000rpm,但必要時可以短暫發揮每分鐘248,000轉威力。
2018 Ferrari 488 Pista

拜從頭到腳巨細無遺的工程設計所賜,這款引擎得以完全克服渦輪遲滯問題,動力收放輕而易舉,卻又不失瘋狂劇力,如今更應用到F8身上。不過你我日後恐怕不會再見到境界這麼高的渦輪增壓引擎,因為業界偏好用混能技術填補渦輪遲滯的破綻。

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千不該,萬不該:渦輪增壓劣作。

1988 Nissan Bluebird ZX Turbo

多此一舉的「跑車」版,引擎其實不壞,其他方面卻很爛。

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1990 Ford Fiesta RS Turbo

由慘不忍睹的XR2開始,這件作品使用了惡毒系CVH引擎的增壓版本。

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1992 Rover 220 Turbo

速度飛快,外形順眼,造工不俗,天災級扭力轉向卻令它變成用不了的利器。

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2003 Daihatsu YRV Turbo

有速度,惟受四前速自排拖累,車架的下盤功夫好似馬車,外形難登大雅之堂。

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2012 Mercedes-AMG G 65 

2.8噸600hp的V12渦輪增壓怪物,俗不可耐,操控性能好比Smart。

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5個渦輪增壓過火實例

極端改裝商

改裝商都是動力狂,所以用不著多久便各出奇謀發揮渦輪增功器的性能優勢,把尺寸越來越大的蝸牛裝到引擎上,真真正正把性能推向技術所能容許的極端境界。

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一般家用車的渦輪增壓器,設計上能夠長時間承受攝氏950度廢氣高溫。

有些改裝商致力挑戰這種極端境界,名副其實的佼佼者莫過於Extreme Tuners。這家公司以希臘為根據地,由三段黑帶改裝商暨全職渦輪增壓吉祥物Spyros Panopoulos打理。他用辛辛苦苦節省下來的時間絞盡腦汁為構思了這個公司名稱,以其名義生技術尖端到不可理喻的渦輪增壓器,並利用非常複雜的先進技術製造軍方、航太工業和幾乎所有賽車運動(包括WRC和一級方程式)都會向他採購的製品(譬如3D列印碳纖維連桿、3D列印陶瓷活塞、碳纖維渦輪增壓器,總之都是十分入時的東西)。不過他需要一部樣本車證明自己並非浪得虛名,於是買了一部三菱Evo IX,然後賦予它非常邪惡的馬力增幅,具體地說就是安裝一個凸出於引擎蓋的91mm口徑特大渦輪增壓器。憑著2,880hp最大馬力,這副轉速高達14,400rpm的1.8公升四汽缸引擎得以刷新汽缸平均動力輸出水平的世界紀錄。事後Spyros把動力輸出下調至1,700bhp,並換上全套賽車輪胎全速衝過四分一哩跑道。結果錄得7.902秒和298km/h,成為世上速度最快的Evo

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世上最巨型的渦輪增壓器

身高兩公尺,壓縮扇葉可以吞下整棵橡樹削成一堆木糠,這樣才配稱渦輪增壓器嘛。

這個東西能夠幫助引擎產生107,920hp,在102rpm之下吐出560萬磅尺扭力(對,是五百六十萬磅尺,相當於774,480kgm)。

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不過從宏觀角度來看,這個渦輪增壓器其實並不算很巨型。因為裝上這種蝸牛的引擎長達27公尺,重達2,300噸,正式名稱叫Wartsila-Sulzer RTA96-C,是世上動力最強的活塞引擎,用於驅動世上最大的貨櫃船和油輪。在此順便提供一個有趣事實:這種應用同軌噴注技術的二衝程柴油引擎,熱效率居然比大部分汽車引擎優秀。不過最矚目的地方始終是一個大字,一個汽缸的容積便達到1,810公升,何況汽缸總共有14個。

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八零年代

請跟我讀一遍,特~潑~,是不是很中聽呢?對市場推廣部來說甚至更加中聽。想推出一些似乎十分強而有力的產品嗎?只要把Turbo這個字恬不知恥地加到產品上面即可。不用擔心啊,因為產品本身其實不須裝上渦輪增壓器,大家只要看看保時捷把確實沒有用渦輪增壓器的全電動作品命名為Taycan Turbo S便了然於胸,儘管這個例子跟八零年代的歪風比較只能說是小兒科。那時候借Turbo一字叨光的東西簡直好像無窮無盡,除了吹風機、香薰、吸塵機,就連1984年電影《霹靂舞》中都有一個角色叫Turbo。所以你想推銷產品的話,只要在產品名稱中加入Turbo一字即可。

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BISIMOTO的豪勇911

正如大家先前所見,保時捷930 Turbo出了名脾氣乖戾,這種特性通常會令人敬而遠之,Bisi Ezerioha卻是例外。這位人稱Doctor Boost的仁兄非但沒有被嚇怕,反而明知山有虎,偏向虎山行,決心打造一部可怕到令你雙眼湧出液態恐懼的汽車。

這位集科學家、賽車製造商和蓋世改裝商於一身的變態狂徒想把更多動力注入威力本已令人膽寒的保時捷Turbo,不過為了投出一記變化球令保時捷迷心悅誠服,他刻意採用了素來不大可靠的996引擎。Bisi的任務扼要地說就是證明自己比德國原廠更懂得打造可靠機件,同一時間猶能突破1,000hp大關。

渦輪增壓器如今無處不在,但它們究竟是甚麼東西呢?到底有何用處呢?我們在此列舉了閣下欲知的一切,以及好些閣下不欲知道的事。

他把一部到了大限的996拖進引擎製作室化整為零,然後費盡思量重新設計,再用自己出品的零件重新裝嵌,並且裝上一對好像觸目睪丸掛在後保桿中間的65mm大口徑渦輪增壓器。

下一步是把完成品送上測功機。「測功機錄得1,120hp之後便跳電。」他說:「我簡直興奮莫名。」

之後Bisi便跳上駕駛席,打算進行一些實地測試。他在工場隔鄰的橫街大開油門累積增壓威力,驟然合上離合器一刻由於動力太澎湃,整部車竟以前輪離地的姿態直搗街尾。大吃一驚的Bisi回到車房後馬上自宮割下那對渦輪增壓器,然後裝上兩個尺寸小一點的貨色。如今這部保時捷在16psi增壓力之下能夠產生860hp,按Bizi瘋狂世界的標準來說顯然「完美無瑕」。

渦輪增壓器如今無處不在,但它們究竟是甚麼東西呢?到底有何用處呢?我們在此列舉了閣下欲知的一切,以及好些閣下不欲知道的事。

Toyota WRC弊案

1995年,豐田因為作弊被剔出WRC舞台,事緣他們在渦輪增壓器上玩了一些Max Mosley聲稱在賽車壇行走江湖三十年以來所見過最高明的鬼馬手段(Mosley正是當年把豐田車隊除名的FIA老總)。那時候Celica GT-Four的動力受到限流器掣肘,豐田卻在他們的渦輪增壓器內部設計了一種容許空氣繞過限流器的裝置,動力輸出得以因此增加50hp。這個設計的真正玄機在於賽後拆下渦輪增壓器送交大會檢查時,作弊裝置用彈弓拉開的暗門會自動關上,所以外人幾乎不可能察覺當中暗藏蠱惑,直到有人通風報訊才告東窗事發。

渦輪增壓器如今無處不在,但它們究竟是甚麼東西呢?到底有何用處呢?我們在此列舉了閣下欲知的一切,以及好些閣下不欲知道的事。

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原文出自《TopGear極速誌》2020年08月 第058期。