得益于博格華納 (BorgWarner) 在渦輪增壓技術方面的最新突破，通用汽車（GM）的全新 L3B 汽油四缸發動機獲得了比V6 發動機更優越的功率和扭矩輸出，可為全尺寸皮卡提供與柴油發動機媲美的燃油效率。

博格華納 B03 雙蝸殼渦輪增壓器的內蝸殼和外蝸殼呈同心圓排列（CAD 效果圖）。

通用汽車（General Motors）專為卡車設計的全新 2.7L L3B 汽油四缸發動機配備豐富的先進功能，其功率輸出比現行 4.3L LV3 六缸發動機高 9%、扭矩輸出高 14％。現階段，這款 L3B四缸渦輪增壓發動機主要搭載 Hydra-Matic 8 速變速器 8L90，它也是 2019 款雪佛蘭Silverados 皮卡（LT 級和RST 級）和 2019 款 GMC Sierra 皮卡的基礎配置發動機。

簡單來說，卡車的占空比范圍更大，因此設計一款適合全尺寸皮卡的四缸增壓發動機并非易事。在車輛掛高擋的穩定巡航狀態下，渦輪增壓發動機可以提供杰出的經濟性，而一旦轉速和增壓升至一定水平即可提供充足的推力。但為卡車設計增壓發動機的挑戰在于不同操作模式之間的轉換，也就是說當油門突然全開時，發動機如何才能立刻準備就緒開始運行。

Silverado皮卡首席工程師 Tom Sutter 解釋說：“我們的目標是在節流閥升至 1500 rpm 后，讓發動機在 2 秒內就具備輸出 90% 峰值扭矩的能力，遠超其他競爭對手。”

博格華納 B03 渦輪增壓器的橫截面。渦輪增壓器的氣流主要由A/R 比控制，即渦輪機殼體導管的橫截面積除以導管圓心與渦輪機葉輪軸之間的距離后得到的值。

博格華納和雙蝸殼發動機

博格華納（BorgWarner）的 B03 雙渦殼渦輪增壓器已經有數十年歷史，但直到最近才應用至輕型車輛中。“我們從 2012 年開始嘗試將這項技術從商用柴油發動機領域轉移到輕型汽油發動機領域，”博格華納全球工程和創新副總裁 Hermann Breitbach 博士指出，“雙蝸殼渦輪增壓器的優勢在于節流閥響應，這種增壓器的節流閥響應性能遠超任何同類產品。”

簡單來說，各類渦輪增壓器的基本工作原理都一樣，即從發動機排氣口回收隨廢氣一起排出的能量。具體來說，渦輪增壓器利用這些熱氣推動渦輪葉輪旋轉，進而驅動離心式壓縮機為氣體加壓，最終即迫使這些高于大氣壓的高壓氣體流入進氣歧管。一個多世紀以來，這項由瑞士工程師 Alfred Buchi 推出的重大創新已經幫助無數飛機、輪船、卡車和汽車發動機提高了輸出功率和工作效率。

正如上文的介紹，為了能夠使發動機排氣口排出的熱氣順利推動渦輪葉輪的旋轉，所有渦輪增壓器都必須讓這些熱氣在抵達渦輪葉輪前形成旋轉的渦流。通常來說，這個步驟是由一條彎曲的管道來實現的，也就是渦輪增壓器的蝸殼管道或渦流管道。根據蝸殼或渦輪的不同設計，渦輪增壓器對熱氣中的熱量和動量的利用效率也有不同。

當發動機轉速較高時，渦輪增壓器將使用一根粗管道處理這些廢氣，而且幾乎不會對氣體流動施加任何限制。然而，當發動機轉速較低時，渦輪需要些許推力才能開始旋轉。為此，雙蝸殼增壓器在在渦輪機入口處設計了兩根纏繞其上的管道，連接廢氣出口，保證每次的排氣都能“盡全力”推動渦輪機葉輪轉動。

通用汽車推進系統工程師表示，雙蝸殼（左）和雙渦流（右）渦輪增壓器設計。其中，雙蝸殼增壓器的重量更輕，成本也有可能低于雙渦流發動機。

專為四缸發動機工況量身定制

考慮到全新 L3B 發動機采用了 1-3-4-2 的點火順序，最佳布置應為：將發動機的氣缸 1 和氣缸 4 連接至渦輪增壓器的一根管道，并將氣缸 3 和氣缸 2 連接到另一根管道。這樣做能夠盡可能增加每股廢氣之間的間隔，并降低廢氣抵達葉輪前被中斷的可能性。

接著，下一個需要考慮的問題是管道與渦輪機的連接。通常來說，“雙渦流”渦輪機的設計更加常見，也就是說將兩條管道并排放置。遺憾的是，在這種設計下，廢氣流出管道的位置可能出現短路，也就是說，當從兩根管道排出的氣流本應共同推動渦輪葉輪轉動時，卻可能由于相互碰撞和沖擊而意外流回管道中。對于大中型發動機而言，這并不是什么大問題。但對于較小的四缸發動機而言，這種短路會增加渦輪延遲，也就是延緩渦輪增壓器增壓的速度。

對比之下，雙蝸殼發動機的兩根管道則呈同心圓排列，內部管道在即將抵達葉輪時，會先在渦輪機外殼之外繞半圈，而外部管道還會再多繞半圈，從而避免了任何短路或相互干擾的可能性。

博格華納北美工程總監 Douglas Erber 表示，“這種雙蝸殼分離設計可以增加高壓氣體脈沖之間的間隔，確保讓更多能量抵達渦輪，總體可以減少渦輪延遲，并顯著改善節流閥響應性能。”

當 L3B發動機轉速在 1500 rpm 時，增壓廢氣將以 40 毫秒的周期輪番沖擊增壓器葉輪的不同側面，使其快速加速旋轉。蝸殼管道出口與渦輪葉輪之間的間隙只有 1 毫米（0.039 英寸），而雙渦流渦輪通常則有 5 毫米（0.197英寸）的間隙。

細心的觀察者可能會注意到，在雙蝸殼增壓器中，外蝸殼的橫截面積要比內蝸殼更大。這是由于渦輪增壓器的氣流主要由A/R 比控制，即渦輪機殼體導管的橫截面積除以導管圓心與渦輪機葉輪軸之間的距離得到的比值。因此，為了使雙蝸殼設計的兩個蝸殼都具備相同的 A/R 和相似的流動特性，外蝸殼的面積必須更大。

當然了，在一些發動機設計中，雙蝸殼增壓器內外蝸殼的A/R 可能會特意略有不同。然而，經過工程師的驗證，對于 L3B 發動機來說，相同的A/R 比更加適合。

通用汽車的全新 L3B 汽油四缸發動機專為輕質卡車設計，這也是通用首次在全尺寸皮卡中使用的四缸發動機。

多種配置

L3B發動機助理總工程師 Craig Marriott 解釋道：“我們在早期研發中評估對比了多種不同的渦輪配置，最終確定雙蝸殼增壓器的架構最適合我們的卡車應用。這種渦輪增壓器不僅可以顯著優化發動機的瞬時響應性能，甚至還稍稍提高了發動機的峰值功率輸出。”

在L3B 卡車發動機中，B03 渦輪增壓器可以提供 22 psi（1.5 bar）的增壓。

當被問及這項技術是否可能擴展到其他通用渦輪增壓發動機時，Marriott 補充道，“目前，我還無法透露未來計劃，但請保持期待！”

在重量、體積和成本方面，通用汽車的渦輪增壓器工程師Alec Peeples 透露，雙蝸殼設計“比雙渦流設計略輕，因為雙蝸殼增壓器中的內蝸殼僅繞了一個半圈，此外同心圓的布局也稍微更緊湊一些，盡管確實從中心軸線向外延伸得更遠。由于渦輪機殼體材料相對較重且成本較高，因此雙蝸殼設計可能比雙渦流設計更便宜。”

博格華納 Erber 表示，這兩種設計的成本非常相似。他補充說，事實上，推進系統工程師在選擇增壓器時，不僅可以考慮雙蝸殼設計、雙渦流設計、單蝸殼設計，而且還可以考慮一些可變葉輪設計，重點是了解每個產品都有自己獨特的需求。

不過，無論具體選擇哪種類型的渦輪增壓器，毫無疑問，這項由瑞典工程師Alfred Buchi 在 1905 年創造的發明將繼續協助更多發動機產品不斷提高性能。