压力的新方向
文/李晓非
Turbocharger就仿佛是件法宝,能让平庸的引擎变成让人顶礼膜拜的神器。这样的诱惑同样让各大车厂的引擎工程师为之倾心。于是原本特立独行地“玩”自然吸气的厂家,也开始探索Turbo能来的狂野动力;原本“玩”Turbo的厂商开始变着法子压榨涡轮的每一滴潜力;更甚者把Turbocharger和Supercharger统统装入引擎仓。这样的结果就让加给引擎的“压力”有了新的技术发展方向。
BMW的叛逆
“自然吸气”、“直列6缸”这都是早早就写进BMW经典词典的内容。自从上世纪70年代,BMW的M20引擎开始,他们就坚持着I6和自然吸气。最初的M20B23引擎,排气量已经达到
这台编号为N54B30的引擎,体现了BMW在Turbo Charge方面的造诣。凭借3升的排量,把最大功率逼到了306PS,升功率轻松超过100PS/L。最厉害的还是400N·m的最大扭矩,只需要轻微加油,在1300~5000rpm的超宽转速区间都能达到峰值。提供的爽朗加速感是很多更大排量自然吸气V8引擎都不能企及的。
BMW这台Turbo引擎具有的良好线性动力,来自于在Turbocharger和增压值上的合理设定。引擎使用的是两颗小涡轮分别对3个气缸进行增压,这样的涡轮排列方式通常被称为并联。由于涡轮直径较小,设定的增压值只到达了0.4Bar,但恰恰是因为使用了小涡轮,用排量
N54B30引擎重量有
Porsche的善变
在这里我们又得把A/R比值的这个让人头痛的概念翻出来说一下。按照字面意思,A是Area(面积),它指的是涡轮废气入口一侧的最窄处的横截面积。R就是Radius(半径),指的是A(横截面)的中心点与涡轮本体中心点的距离,面积与两中心点距离的比值,就是A/R值。其实不必太专研这个问题,只要明白A/R比值是决定了涡轮特性这个道理就好。
A/R
然而A/R值越大表示入口面积较大,涡轮叶片惯性大,低转反应比较迟钝,涡轮延迟变得很厉害,要等发动机转速被提升到较高时,涡轮才迅猛的表现。所以我们常见的发动机A/R比值在0.18~0.75之间。随着涡轮增压技术的发展,人们总是想“鱼和熊掌兼得”。有没有什么办法能让一颗涡轮拥有多种A/B比值的特性呢?专精于涡轮增压技术的工程师们用VGT技术回答了这一难题。
VGT(Variable geometry turbochargers)既可变几何尺寸涡轮,通过改变涡轮进气端的叶片几何形状达到改变A/R值的一种涡轮增压技术。这样的技术最先是应用是在柴油引擎上,而应用在转速更高的汽油引擎上并不多见。最先使用这一技术的是克莱斯勒1989款Shelby CSX-VNT。它使用了一颗来自Garett的VNT-25可变喷嘴涡轮,
把VGT技术发扬光大的还是来自斯图加特的速度机器。2006年代号997的新一代Porsche 911 Turbo带着傲人性能面世。
Volkswagen的合二为一
我们常见的引擎增压方式除了由废气推动的Turbocharger以外,还有一种由曲轴直接带动的Supercharger,通常被我们叫做机械增压。Supercharger的压气机的驱动力来自引擎曲轴,一般都是利用皮带连接曲轴皮带轮,间接将曲轴运转的扭力带动增压器,达到增压目的。机械增压的特性就是完全没有延迟现象,在发动机中低转速的情况下就能发挥良好的增压效果。而且这个区间正是Turbocharger还没有介入的区间。到了发动机高转速时,机械增压会消耗掉一部分引擎动力,而且增压效果也会变差,但这时正是Turbocharger努力工作的时候。于是在工程师的脑子里有了Supercharger和Turbocharger弄到同一台发动机上念头,而Volkswagen更是把这一念头变成了现实。
疯狂的大众工程师,在一台基于EA111构架的
通过把机械和涡轮增压两套系统合二为一,装备了这台1.4TSI引擎的GOLF GT创造了一个奇迹。170PS的最大功率,从1750rpm漫延至4500rpm的240N·m最大扭矩,综合油耗
SUBARU的水平
一提起SUBARU,最容易想到的就是水平对置,全时AWD系统,而柴油机仿佛和SUBARU沾不上边。在2007年的日内瓦车展上SUBARU却给了人们已经惊喜,他们让增压柴油引擎躺下了,让水平对置引擎的低重心、低振动与柴油增压引擎的低速大扭矩相结合,带给人们全新的感受。
作为世界上第一台4缸水平对置柴油引擎,SUBARU应用了许多流行技术。例如电子控制共轨燃油直喷,DOHC双顶置凸轮轴配合低噪音正时链条等,当然Turbocharger是一定不会缺席的,在发动机的右侧(飞轮端)赫然安置着一颗中型涡轮,而在缸体上方的中冷器面积被加大很多,以对应柴油机更高的增压值。这款引擎的详细参数还没有公布,不过以现在2.0L先进柴油增压引擎的数据推算,这款H4的引擎出力应该在200PS左右,而扭矩应该在380N·m上下。
写在最后
Turbocharger发展到现在已经是一项比较成熟的引擎技术。各大厂商不再单纯地用Turbo往发动机内压入更多空气,而是应用各种方法解决Turbocharger的故有不足,榨取更多线性的动力输出。日后我们将可以看到更多的车型用上并联涡轮、串联涡轮、VGT几何可变涡轮、机械与涡轮混合增压,水平对置涡轮增压等先进的技术,涡轮和引擎的故事将翻开新的篇章。