White bear wrote:
是嗎? 我怎麼覺得...(恕刪)
是嗎? 部分來說吧, 其實很多都不是很懂, 尤其是講到燃氣渦輪就想到噴射機的人
還有更誇張的, 像樓上說要搞清楚內外燃機差異的呢?
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剛好看到這個討論話題，也看到很多人提出的解釋不甚令人滿意，甚有些曲解。
雖然這個話題已經過去多年，但也許現在仍然擁有具有同樣疑問的人吧？
正好我是學航空的，這裡就以我的解釋方法來從頭解釋一遍吧！
我說話比較囉唆，如果你只對結論有興趣的話，那麼很多前輩都已經把結論寫出來了；
但是如果你雖然知道結論，但對結論產生的過程、或其他某些地方的觀念還是模糊不解的話，就繼續往下看。
首先破題，題主提出的疑惑是完全可實現的。
先談點歷史發展：
最早在活塞引擎上面加上一個渦輪增壓器，是為了將吸入的空氣預先加壓再送到汽缸裡，
以解決高空空氣稀薄導致功率急遽下降的問題；當然後來發現用在海平面高度上也可以增加引擎功率和效率。
這時候的加壓渦輪是從引擎的動力軸分出一部份的功率來驅動的，後來出現了採用引擎排氣來驅動的渦輪機，
反正廢棄不多加利用的話也只是排氣浪費掉；
為了區分這兩種壓縮機，後者現在叫作渦輪增壓器(在汽車領域上)，而前者叫作機械增壓器。
因為採用排氣的廢棄來驅動，渦輪增壓器的好處是不會分走引擎本體的動力輸出，
壞處是渦輪的效能隨著引擎的排氣通量而變化，另引擎功率增減過程中比較不平穩、對操作的反應比較慢
(這是一個伏筆，後面再提)。
那麼如果渦輪壓縮器再努力加點力壓縮，是不是後面把空氣再送進汽缸壓縮的動作就顯得有點多餘了呢？
是的，如果渦輪壓縮機能夠提供足夠的壓縮比的話，壓出來的空氣可以直接送進燃燒室噴油燃燒膨脹，
然後再接回排氣渦輪，完全跳過中間那坨由活塞汽缸組成的引擎；
接下來在把那一坨沒有作用的引擎拿掉，這就是一個燃氣渦輪引擎了！
這就是題主所提出的設想疑惑，完全有道理，也完全可行；
事實上我記得有一家現在的航空發動機大廠，以前就是幫別人引擎廠做渦輪增壓器的。
## 渦輪引擎分類
在繼續解釋(純)渦輪引擎的特性之前，我先來解釋一下渦輪引擎的分類。
這裡我不會用一般的路子來解釋，也不會先給你看複雜的結構圖，因為只要道理懂了，那些圖自然看得明白。
我會用另外一個想法，從原理邏輯上解釋介紹各種引擎的分類關係，我認為這樣對理解和記憶更有幫助。
* 渦輪噴射引擎(turbojet)
前面吸氣進入一級至十幾級不等的壓縮機壓縮空氣，然後進入燃燒室燃燒，
膨脹後的氣體向後衝擊渦輪葉片並帶動其旋轉，衝完葉片後的氣體繼續向後高速噴出，
依據牛頓運動定律，產生了向前的反做用力推動飛機前進；
而被廢氣帶動旋轉的渦輪，經由同一根軸驅動前面的壓縮機繼續壓縮空氣。
這就是一般人最容易理解的最簡單(純)渦輪引擎，也是最容易圖解理解的那一部份，
也是最早被開發出來的，以渦輪作為引擎主體的引擎的型態。
* 渦輪軸引擎(turboshaft)
渦噴引擎有一個問題，它主要產生的是向後噴出的高速氣體，
只能被運用在那些需要的是推進動力的應用場合，比方說飛行器，除此以外沒啥其他用處。
那如果我在排氣那一段再加上多一點渦輪呢？
讓排氣來推動這些渦輪旋轉，這樣我就得到了一個提供轉動功率的軸了。
而任何熟悉機械的朋友都知道，只要給他一個會轉動的軸，他就能變出各種花樣來；
這種引擎就叫作渦輪軸引擎，使用場合非常多，直昇機、船舶、車輛等都能使用，也可以接上發電機或其他任何東西。
著名的 M1 坦克使用的就是這種渦輪軸引擎。
這也直接回答了題主的設想，沒錯，汽車可以使用渦輪引擎，而且已經有應用存在了；
而題主的疑問：「為什麼汽車不使用？」當然存在一些現實因素，這個後面再討論。
另外，引擎排氣去推動這些渦輪之後，排氣速度會降低，向後推動的反做用力也會降低，
底層的邏輯原理就是氣體的動能被轉移到軸功輸出了；
所以最理想的渦輪軸引擎其實排氣速度應該非常低、排氣溫度也不高，
這表示這顆引擎能夠極致的將氣體動能全部壓榨成轉動軸的功率輸出。
當然，那個原來用來推動壓縮機的渦輪也會轉移排氣的動能，也會導致尾排氣減壓減速；
不過這是沒有辦法的，不然要拿誰的能量來轉動壓縮機呢？
* 渦輪螺旋槳引擎(turboprop)
其實這(原理邏輯上)就是渦輪軸引擎，只是在軸上接的是螺旋槳的話，我們特別叫它渦輪螺旋槳、或渦槳引擎。
使用渦槳的飛機具有一切螺旋槳飛機的好處，比如低速效率高等等；
不過比起裝了活塞引擎的螺旋槳飛機，它功率更大又重量更輕，能飛的更快、或負載更大。
* 渦輪風扇引擎(turbofan)
其實這(原理邏輯上)就是渦輪軸引擎，只是它的軸接上的是一個大風扇。
這個風扇的作用就和螺旋槳是一模一樣的，只是裝在涵道裡，目前為止無法變距。
這種渦軸推動涵道風扇的引擎，我們特別叫它渦輪風扇引擎、或渦扇引擎。
渦扇引擎在渦噴的大推力但高油耗、和渦槳的低油耗但推力低之間取得了更加折衷的平衡，
因此廣受當代從戰鬥機到民航客機等各式飛機的愛用。
## 渦輪引擎的優點(相比於活塞引擎)
作為同樣能輸出軸傳動功率的動力裝置，能讓各式航空機和部份船舶捨棄傳統活塞引擎而使用渦輪引擎，
顯然是因為它存在一些傳統活塞引擎所沒有的優點，或解決了傳統引擎的某些瓶頸，這些主要為：
* 結構簡單、重量輕：
看引擎結構圖就知道了，渦輪引擎的結構更簡單，這也使得重量比起同級活塞引擎更加輕盈。
* 功率大：
活塞引擎朝向大功率邁進的主要做法、也是最大的阻礙關卡，在於加大汽缸、或增加汽缸數、或提高轉速；
然而轉速提升也有個限度，差不多就在萬轉附近，而增加或增大汽缸又會帶來體積重量直線上升的結果。
相比之下，渦輪引擎提高空氣吞吐量就能增加功率，而產生的體積和重量增大程度相比於活塞引擎是更能被接受的。
除了功率上限瓶頸之外，相同功率之下渦輪引擎能比活塞引擎更加小巧，
或者換句話說，同樣量級的引擎裡，渦輪引擎可以提供數倍於活塞引擎的動力輸出。
* 振動小：
渦輪運動機件都是順向運轉，也沒有活塞往復運動產生的大振動，
整體運作更平穩，乘客感受也更好(噪音是另一個方面)。
* 維修周期長：
由於渦輪引擎結構簡單、摩擦損耗較小振動還少，其實相當耐用，所需要的維修週期也比同等活塞引擎更長。
* 燃油品質耐受高：
相較於活塞引擎的燃料要在汽缸裡面壓縮燃燒的環境，渦輪引擎燃燒室只要能夠維持平穩的火焰以加熱空氣即可，
因此對燃料的選擇範圍大上很多，幾乎什麼油品都能拿來燒(當然調校是另外一回事)。
## 渦輪引擎的缺點
到這裡才終於要進入主題！
既然渦輪引擎這麼好這麼棒，為什麼沒有被大量使用到各種應用上頭呢，比方說汽車？
那顯然是渦輪引擎在具有優點的同時，也存在不少缺點，
當這些缺點在應用場域裡要付出的成本比利益更高時，甚至當某些特性成為致命性缺點時，自然就不會被選用了。
渦輪引擎的主要缺點有二，其一是基於性能或運作特性導致的問題，其二是導致它高成本的問題。
先列舉性能與特性上的問題如下：
* 反應慢：
渦輪引擎功率變化反應慢很多。
比如現在需要踩油門了，引擎多噴一點油，渦輪就會轉更快，輸出功率也會更高，我們都知道；
但是這油門不能給太多，不然壓縮機轉太快會失速，然後就喘震了！
壓縮機的轉速需要和吸氣的氣流流速匹配，否則會出事。
於是引擎給油只能慢慢增加，壓縮機轉速提高之後吸氣的速度也會被帶起來，
然後等吸氣速度匹配之後才能繼續增加壓縮機轉速。
造成的效果就是加油的時候引擎的反應比較慢，要一段時間才會跟上來。
其實早期 ME262 比較原始，大部份引擎控制都是手動的，
如果駕駛員一下操作太猛的話，很容易把引擎給搞熄火！
而這也是為什麼渦輪引擎(包括遙控飛機用的渦噴)都不讓人直接控制，而必須要電腦介入控制的原因之一。
除了加速慢，減速也慢，當你收油門的時候，渦輪引擎也需要一個時間去把轉速降下來。
總之就是渦輪引擎操作變化比較慢，不能接受太過激進的激烈操作，
而這也是為什麼很多特技飛行飛機還是堅持使用活塞引擎的主要原因。
此外，引擎反應慢這點在有些應用上不是那麼重要，
但是在汽車應用上就很致命了，特別是在你想要緊急停止的時候！
* 滯速轉速高：
渦輪引擎的大功率輸出能力表現傑出是有目共睹，但是在低功率範圍恰恰是它的弱點。
維持整個壓縮機-燃燒-渦輪運作的循環需要維持一定的轉速，轉速再低可能就要熄火了！
而這維持自身運作的最低轉速，也就是引擎滯速的轉速是多少呢？
假設在額定全功率輸出時候的轉速是 100% 好了，那麼這個滯速轉速大約在 70% (N2)。
活塞引擎的最高轉速我比較沒有經驗，以一般家用房車來說大約是 8000 轉，
而滯速的轉速大約只有 800 轉，換算過來就是 10% 轉速。
因此，雖然渦輪引擎輸出功率高，而且在高功率輸出的時候甚至燃油效率可能可以贏過活塞引擎，
但是在低功率輸出的使用情境裡燃油效率低下，滯速時一樣需要大量耗油；
而在汽車應用裡往往需要高地功率不斷變換，特別是在都市的使用環境下更是非常不利。
簡單一句話就是相當耗油！
* 高溫燃燒氮氧化物：
燃燒室內的高溫燃燒會導致更容易產生氮氧化物，簡言之就是排氣的環保標準問題。
但是要讓渦輪引擎輸出高功率、或是提升燃油效率，提高燃燒溫度卻是一個有效途徑，
甚至主流航空發動機的燃燒溫度都控制在能不燒壞第一級渦輪的極限邊緣。
其實這個問題嚴格來說不是渦輪引擎才有的，活塞引擎一樣會遇到燃燒溫度過高導致排氣不達標的問題，
只是在一般家用車等級的引擎裡，或許更大的門檻是燒不了那麼高的溫度？！
* 小型渦輪引擎的效率難題：
渦輪引擎的器密性遠不及活塞與汽缸，
在葉片與涵道之間、葉片與底座之間都存在一定的間隙，好讓葉片能夠自由旋轉，但是也產生漏氣洩壓損失。
假設間隙為 1mm，在直徑 4M 的引擎上這點漏氣可能足夠微小；
但是當引擎直徑只有 0.1M 的時候，1mm 的間隙顯然就被放大了，漏氣的損失比例也會同樣被拉高。
除了性能特性導致的缺點，渦輪引擎還有另一個更加明顯的缺點，那就是貴！
雖然渦輪引擎體積小又結構簡單，可是實際上它卻一點都不便宜，反而相當高貴，
這一點光是比較自然吸氣和渦輪增壓車輛的售價就能明顯感受到。
造成渦輪引擎簡單卻高貴的原因大致如下：
* 耐高溫高強度材料：
渦輪引擎的用料都相較更為「高檔」(這點也可以從裝備了渦輪增壓的汽車上窺之一二)。
除了燃燒溫度動輒 1700 度以上之外，動輒上萬轉的高轉速也給渦輪葉片帶來極大的應力負載，
小小一片葉片承受的光是離心力可能就是 1~2 噸。
所以渦輪引擎主體零件的原料與製造成本比起一般活塞引擎來說是相當高昂，
至少我還沒看過哪個活塞引擎要求使用鎳基高溫合金，還得是單晶的，而這些東西都需要買家掏錢出來。
* 較高的製造精密度要求
渦輪引擎結構簡單，但要求的製造和組裝精度可一點都不簡單！
除了為了氣密的緣故，各部件間隙都很小之外，
在低轉和高轉速之下軸心都不能產生過大的振動，為整根渦輪、壓縮機軸的配平要求都在很高的水準；
這每一項都為墊高引擎成本出了一部份力。
* 引擎控制複雜
不像一般活塞引擎，功率的輸出和噴油的多寡大致成比例，渦輪引擎在這方面的反應就不是線性的，
如果直接由駕駛員人工控制油門的話，這個操作體驗肯定不會好。
所以其實光是能夠讓駕駛員感覺控制油門的過程平順，背後都是引擎控制程式在做工作做出來的效果。
低成本的活塞引擎車輛，比方使用化油器的老機車、以及尚未引入電腦控制時代的汽車，
油門踏板可以直接牽動鋼索去拉動節流閥；
但是渦輪引擎基本已經無法不透過電腦而讓駕駛員直接操控引擎。
這整個控制系統和傳感器的開發建立、研發過程的測試調試等等，也都在渦輪引擎的成本上面添磚加瓦。
## 總結
汽車真的可以安裝純渦輪的引擎，不使用活塞引擎，這是技術可行的，而且確實有某些車輛這麼做了；
只是如果讓渦輪從輔助角色變成引擎主體，在享受渦輪的好處之餘，還得忍受渦輪引擎的一些關鍵缺點：
反應慢、很耗油、排氣可能過不了法規，最重要的一點是貴，很貴！
於是最終各家車廠頂多把渦輪壓縮機拿來給活塞引擎做空氣預加壓的附屬設備，
在渦輪帶來的效益與客戶的錢包厚度之間取得一個可以穩定獲利的平衡。
