渦輪係統是增壓發動機中最常見的增壓係統之一。

如果在相同的單位時間裏，能夠把更多的空氣及燃油的混合氣強製擠入汽缸(燃燒室)進行壓縮燃爆動作(小排氣量的引擎能“吸入”和大排氣量相同的空氣，提高容積效率)，便能在相同的轉速下產生較自然進氣發動機更大的動力輸出。情形就像你拿一台電風扇向汽缸內吹，硬是把風往裏麵灌，使裏麵的空氣量增多，以得到較大的馬力，隻是這個扇子不是用電動馬達，而是用引擎排出的廢氣來驅動。

一般而言，引擎在配合這樣的一個“強製進氣”的動作後，起碼都能提升30%-40% 的額外動力，如此驚人的效果就是渦輪增壓器令人愛不釋手的原因。況且，獲得完美的燃燒效率以及讓動力得以大幅提升，原本就是渦輪增壓係統所能提供給車輛最大的價值所在。

該係統包括渦輪增壓器、中冷器、進氣旁通閥、排氣旁通閥及配套的進排氣管道。

渦輪增壓器在汽車中的連接方式如圖：

    我們希望用以下簡單的步驟讓你明白渦輪增壓的工作順序，從而便能清楚了解渦輪增壓係統的工作原理。原理圖如下：

一，汽車發動機排出的廢氣，推動渦輪排氣端的渦輪葉輪(Turbine Wheel)②，並使之旋轉。由此便能帶動與之相連的另一側的壓氣機葉輪(Turbine Wheel) ③也同時轉動。

二，壓氣機葉輪把空氣從進風口強製吸進，並經葉片的旋轉壓縮後，再進入管徑越來越大的擴壓通道流出，這些經壓縮的空氣被注入汽缸內燃燒。

三，有的發動機設有中冷器，以此降低被壓縮空氣的溫度、提高密度，防止發動機產生爆震。

四，被壓縮(並被冷卻後)的空氣經進氣管進入汽缸，參與燃燒做功。

五，燃燒後的廢氣從排氣管排出，進入渦輪，再重複以上(一)的動作。

    渦輪增壓器本體是渦輪增壓係統中最重要的部件，也就是我們一般所說的“蝸牛”或“螺仔”。因渦輪的外形與蝸牛背上的殼或海產攤內的海螺十分近似而得名。

    渦輪增壓器本體是提高容積效率的核心部件，其基本結構分為：進氣端、排氣端和中間的連接部分。

    其中進氣端包括壓氣機殼體(Compressor Housing，包括壓氣機進風口(Compressor Inlet)、壓氣機出風口(Compressor Discharge)、壓氣機葉輪(Compressor Wheel)。

    而排氣端包括渦輪殼體(Turbine Housing， 其中包括渦輪進風口(Turbine Inlet)、渦輪出風口(TurbineDischarge)、渦輪葉輪(Turbine Wheel)。

    在兩個殼體間負責連接兩者的，還有一個軸承室(CenterHousing)，安裝有負責連接並承托起壓氣機葉輪、渦輪葉輪，應付上萬轉速的渦輪軸(Shaft)，以及與之對應的機油入口(Oil Inlet)、機油出口(OilOutlet)等(甚至包括水入口和出口)。

    “高溫”是渦輪增壓器運作時麵臨的最大考驗。渦輪運轉時，首先接觸的便是由引擎排出的高溫廢氣(第一熱源)，其推動渦輪葉輪並帶動了另一側的壓氣機葉輪同步運轉。整個葉片輪軸的轉速動輒120000-160000rpm。所以渦輪軸高速轉動所產生的熱量非常驚人(第二熱源)，再加上空氣經壓氣機葉輪壓縮後所提高的溫度(第三熱源)，這三者成為渦輪增壓器最最嚴峻的高溫負擔。渦輪增壓器成為一個集高溫原件於一體的獨立工作係統。所以“散熱”對於渦輪增壓器非常重要。渦輪本體內部有專門的機油道(散熱及潤滑)，有不少更同時設計有機油道以及水道，通過油冷及水冷雙重散熱，降低增壓器溫度。

    渦輪軸(Bearing)看起來隻是簡單的一根金屬管，但實際上它是一個肩負120000-160000rpm 轉動及超高溫的精密零件。其精細的加工工差、精深的材料運用和處理正是所有渦輪廠最為核心的技術。傳統的渦輪軸使用波司軸承(Bushing Bearing)結構。它確實隻是一根金屬管，其完全倚仗高壓進入軸承室的機油實現承托散熱，因此才能高速地轉動。

    而新近出現的滾珠軸承(Ball Bearing)逐漸成為渦輪軸發展的趨勢。顧名思義，滾珠軸承就是在渦輪軸上安裝滾珠，取代機油成為軸承。滾珠軸承有眾多好處：摩擦力更小，因此將有更好的渦輪響應(可減少渦輪遲滯)，並對動力的極限榨取更有利;它對渦輪軸的轉動動態控製更穩定(傳統的是靠機油做軸承，行程漂浮);對機油壓力和品質的要求相對可以降低，間接提高了渦輪的使用壽命。但其缺點是耐用性不如傳統的波司軸承，大約7 萬-8 萬公裏就到壽命極限，且不易維修、維修費昂貴。因此重視耐久性的渦輪製造廠( 如KKK) 就不會推出此型式渦輪。

    渦輪葉輪的葉片型式，可分為“水車式” 葉片(外形是直片設計，讓廢氣衝撞而產生回旋力量，直接與回轉運動結合)，及“風車式”葉片(外形為彎曲型葉片設計，除了利用衝撞的力量以外，還能有效利用氣流進入葉片與葉片之間，獲取廢氣膨脹能量)。渦輪葉輪的輪徑及葉片數會影響馬力線性，理論上來說，葉片數愈少，低速響應較差，但高速時的爆發力與持續力卻不是多葉片可比擬的。

渦輪葉輪的葉片大多以耐高熱的鋼鐵製造(有的使用陶瓷技術)，但由於鐵本身的質量較大，於是又輕又強的鈦合金葉片因此產生。隻是在量產車中，現在隻有三菱LancerEVO Ⅸ RS 車型有搭載鈦合金葉片渦輪(EVO 的鈦合金渦輪型號為TD05-HRA，一般的則為TD05-HR 請讀者明鑒)。而改裝品中，也隻有Garrett 出品的賽車專用渦輪使用鈦合金，除此以外暫沒聽說。

    葉片是渦輪的動力來源。但壓氣機葉輪及渦輪葉輪各有不同的功用，因此葉片外形當然也不一樣。壓氣機葉輪基本上是把如何將空氣有效率地推擠入壓縮信道視為首要任務，然後再加以決定其形狀。

    一般原廠渦輪的壓氣機葉輪(Compressor Wheel) 都使用全葉片的設計，即葉片是整片從頂端到末端的設計。而為了增加吸入空氣的通路麵積，提升高速回轉時的效率，目前已出現了許多在全葉片旁穿插安裝半塊葉片的葉輪(此種設計多出現在改裝品上)。

    而壓氣機葉輪設計的另一個目的是讓壓縮空氣的流速均等化。傳統的葉輪為“放射型壓縮輪”，其兩葉片之間的氣體流速變化很快：位於葉輪運轉方向前方的空氣，被葉片擠壓，故流速很快。但葉片後方的空氣則因為吸入阻力及回壓力等因素，流速較慢。當節氣門半開時，壓氣機葉輪轉速下降，進入壓縮輪的空氣速度就會降低。而之前已被壓縮的空氣量如果此時相對過多，便會出現“真空”的狀態，無法輸送空氣(壓氣機葉輪轉速無法產生大於進氣管中氣壓的壓力)，相對壓力也就無法產生了(壓力回饋)，這也就是所謂的“氣體剝離” (Compressor Surge) 現象。

    所謂的Surge 效應，就好比我們用手去攪動水桶裏的水，當手攪動的速度愈快，水桶裏的水就會愈來愈向水桶邊緣擴散，接著水桶裏的水位也就會愈來愈低，到最後水桶裏的水則變成隻能在水桶周圍旋轉，而無法落下。這樣的現象也會發生在空氣流體力學上。大家可以試想：壓氣機進風口就好比是一個水桶，周圍空氣就像是水，至於渦輪葉片就好比是攪動的手，當渦輪葉片轉速一旦提升，進氣口內的氣流就會逐漸向周圍擴散，轉速提升愈高，氣流就愈向周圍靠近，導致渦輪葉片中央位置會愈來愈吸不到空氣，到最後甚至會呈現真空的狀態，使得空氣隻能從葉片周圍進入，進氣效率當然也就會跟著下降，這樣的現象就是所謂的Surge 效應。而迎風角度大的葉片，進氣效率雖較好，但卻容易在高轉速時發生Surge 效應，而角度較小的葉片則反之。

    為了防止“氣體剝離”現象，把葉片角度設計成向運轉方向縮小(與渦輪軸線方向更接近)，以維持流速均一化的“反向”壓縮輪漸漸成為改裝品的主流，而這也就是改裝界所謂的“斜流”葉片。“斜流”葉片通常都在原有的主葉片下，多加半個葉片(一般其角度更接近渦輪軸線方向，即更豎直)。若從進氣入口正視壓氣機葉輪，可看到兩個葉片重疊，就代表這是“斜流” 葉輪。而Hybrid Turbine 的壓氣機葉輪通常亦會使用“斜流”葉片( 後方並加以切平) 搭配漏鬥式的加大吸氣口來增加出風量。此外，還有壓氣機進風口處加設循環排氣孔，讓流失的壓縮空氣2次循環來減少surge效應的新設計(此處不贅述，HKS T04Z 便有此設計)。

    內置式排氣旁通閥(Internal Wastegate，俗稱Actuator)，是目前渦輪係統中最常見的泄壓裝置，一般又被稱為連動式排氣泄壓閥。“Actuator”直接配置在渦輪上，利用一支連杆來控製渦輪排氣中的閥門，一旦渦輪壓縮空氣端的增壓值達到限定的程度，進氣壓力便會推“Actuator”的連杆，使渦輪排氣側內的旁通閥門開啟，部分廢氣不經渦輪葉輪(Turbine Wheel)直接排到排氣管。這樣減少“吹動”渦輪葉輪的廢氣流量，渦輪葉輪轉速降低，同時帶動壓氣機葉輪轉速降低。因此“Actuator”既是限製渦輪最高轉速的裝置，也是使渦輪進氣端增壓壓力維持一個穩定值(不會長時間過高)的裝置。

    外置式排氣旁通閥(External Wastegate，俗稱Wastegate)也被稱為排氣泄壓閥，功能與“Actuator”大致相同，但結構與安裝位置有別。結構上“Wastegate”省去了連杆和在渦輪內的排氣閥門。而位置上“Wastegate”以獨立方式安裝在渦輪與排氣管頭段之間，而無須像“Actuator”那樣依附於渦輪增壓器本體上。一旦渦輪增壓值達到設定上限，“Wastegate”排出( 可直接排向大氣或導回排氣管內) 多餘的廢氣，減少“吹動”渦輪葉輪的廢氣流量，進而使渦輪保持穩定的增壓值。“Wastegate”比“Actuator”有更大的增壓容量(可配用大的彈簧)且反應靈敏，所以更適合用在大馬力或高增壓渦輪發動機上，尤其是使用差異過大的Hybird 渦輪，更是必備用品!

    中冷器(中央冷卻器，Intercooler)位於壓氣機出風口與節氣門之間的“散熱排”。其構造有點像水箱，就是運用橫向的眾多小扁鋁管分割壓縮空氣，然後利用外界的冷風吹過與細管相連的散熱鰭片，達到冷卻壓縮空氣的目的，使進氣溫度較為接近常溫。

    引擎最不喜歡高溫的氣體，因為高溫空氣會使馬力下降。特別是四季炎熱的亞熱帶地區。但由於渦輪增壓器會把吸進引擎的氣體進行強製壓縮，從而使空氣密度提高，但與此同時，空氣的溫度也會急劇上升。溫度上升又反過來造成被壓縮空氣的壓力上升，降低渦輪的壓氣效率。此外這股熱氣未經冷卻即進入高溫的汽缸，將導致燃油的不規則預燃(爆震)，使引擎溫升進一步加劇，增加了熔毀活塞的可能。

    為了提升空氣密度，同時兼顧空氣中的含氧量，我們需要在壓縮空氣後(壓縮程度較大)降低進氣的溫度。中冷器因此而產生。中冷器的麵積及厚度越大，其散熱能力越強。因為麵積和厚度大，其內的小扁管數量、長度和散熱葉片等皆隨之增加，中冷器內的高溫壓縮空氣及中冷器外的大氣就有更多的接觸麵積及接觸時間，熱交換(散熱)的麵積和時間更充分，降溫效果更好。雖然大容量中冷器有更好的冷卻效能，但其加長了散熱路徑和增大了進氣容度，會帶來相對的壓力損失，TurboLag 容易變大。

    進氣旁通閥(ReliefValve)一般又稱為“進氣泄壓閥”。它安裝在靠近節氣門的進氣管上，它是大部分渦輪增壓發動機出廠時原配的泄壓裝置。

    由於渦輪是利用廢氣排出的力量來驅動，當駕駛過程中收油門(如換擋、急刹車時)，節氣門關閉。渦輪葉片(壓氣機葉輪)在慣性作用下仍舊持續轉動。此時因節氣門的截斷和葉片的繼續增壓所致，進氣管路中(在節氣門與渦輪之間)的空氣壓力會迅速提高。為了保護增壓係統，當壓力達到某一限定值後，進氣旁通閥打開，把過剩的空氣(壓力)導回至濾清器與渦輪之間，實現降壓保護的功能。

Blow-Off Valve(BOV)即俗稱的“放氣哇佬”，同樣屬於進氣旁通閥。隻是它一般被用作取代Relief Valve的改裝部件。其功能基本上和Relief Valve 相同，唯一的差異僅在於Blow-off Valve的閥門並不會像Relief Valve那樣容易受到進氣壓力的影響而開啟(導致進氣壓力下降)。而且在節氣門關閉後，Blow-off Valve 是將剩餘壓力直接向大氣釋放，並非再導於渦輪與濾清器之間再度增壓。因此BlowoffValve 除了同樣具有保護渦輪係統的效果外，在泄壓反應上也比起原廠配置的Relief Valve 更為優異。但對於小排量或小增壓的渦輪發動機來說，Blow-off Valve對再加油的動力響應會變差。另外Blow-off Valve 泄壓時會產生更大的泄氣聲，令人聽得更為興奮，也成為渦輪增壓車最為特殊的音效。