Turbo Charge!(下)
上期说到了涡轮增压的基本原理和发展历史,这期咱们就来说说和涡轮增压有关的几种技术。
如何避开涡轮增压器的缺点
涡轮增压器刚刚应用在汽车上的时候还有很多不足,比如说严重的涡轮迟滞。涡轮迟滞带给你的感受就是,你一脚地板油下去,车子开始慢慢的向前跑,过了几秒钟当涡轮介入的时候,车子才会猛得向前一窜,这时候推背感才会出现。为了解决涡轮迟滞的问题,现在各个汽车厂家都有自己的应对方法,其中最简单的方法就是减小涡轮的尺寸:小涡轮叶片的惯性相对较小,同样的排气量小涡轮的叶片响应的更快,这样就改善了涡轮严重迟滞的问题。但是小涡轮带给发动机的增压量有点小,一般家用车才会使用,那么一些对增压需求量较大的车要怎么办呢?
BMW:N54/N55↓
先来看看宝马吧。2007年宝马推出了一款直列六缸3.0T涡轮增压发动机:N54B30,从此在涡轮增压的路上越走越远。N54B30是在01年推出的N52B30直列六缸自然吸气发动机的基础上研发的,拥有两个并联的小尺寸涡轮,每个涡轮负责三个气缸的废气和增压,动力数据上比N52B30提高了不少,同时两个小涡轮的响应速度比较快,这让N54B30的油门响应速度非常接近自然吸气发动机。后来由于一些设计上的缺陷,宝马将N54上的两个小涡轮给换成了一个涡轮,但是采用了双涡管技术,这就是后来主流的N55B30发动机。
那么什么是单涡轮双涡管技术呢?
就是在涡轮的进气端,由原来三个气缸驱动一个涡轮的形式,改为了三个气缸为一组,两组气缸分别通过一个独立的涡轮进气管路带动一个涡轮。这样可以进一步减重,将涡轮增压的结构简单化(N54B30的进排气结构因为双涡轮增压的结构变得复杂,取消了BMW先进的Valvetronic电子气门技术)。
918的祖宗:疯狂的959↓
再来看看上世纪末的神车:90年代初的世界三大超跑,分别是迈凯伦F1,法拉利F40和保时捷959,其中保时捷959是最早搭载序列式涡轮发动机的量产车之一。这套搭载在959上的KKK序列式涡轮也属于并联式涡轮的范畴,在1600转时只有一个涡轮增压器工作,当涡轮提供了一定的进气压力时,多余的废气才会吹进第二个增压器,于是第二个增压器开始加速,也可以说是跟着空转。达到4300转时,两个增压器就拥有了足够的废气能量,随后第二个增压器中的压缩空气通过一个阀门也被压进进气管。这种涡轮增压也是双涡轮增压,只不过相较于V型引擎上同时工作的一对涡轮来说,序列式涡轮的两个涡轮增压器工作顺序是一前一后罢了。
赛场上的涡轮——飞驰的WRC赛车↓
在涡轮增压被发明后的几年内,这个强大的黑科技就开始在赛场上崭露头角,这就不得不提到偏时点火了:涡轮增压会带来更大的动力输出,但是缺点就是前文提到的涡轮迟滞,早期的发动机在排气量达不到一定量的时候,涡轮器是没有起到多少作用的,这时候的发动机就像同排量的自然吸气发动机,即便是用了小惯量的涡轮增压器或者多个涡轮,这种影响也是不能完全消除的。
那在某些需要动力持续输出的比赛中,涡轮车该如何生存呢?
这就有了大家喜闻乐见的“放炮”——偏时点火系统的诞生。
在WRC(世界汽车拉力锦标赛)中,车手需要每时每刻对车身姿态进行调整,需要动力的时候发动机需要立刻给予足够的动力,而对于小排量的涡轮增压发动机,要想获得大马力而是用增压值较大的增压器的同时,又要解决涡轮高延迟的问题,于是偏时点火技术应运而生:涡轮增压的基本原理就是依靠气缸排出来的废气带动涡轮,涡轮通过转轴带动叶片吸入新鲜空气,新鲜空气再经过中冷器的处理后压入气缸内。
那么只需要让涡轮一直转动,涡轮不就保持了一个稳定的增压值了吗?
而偏时点火技术就是利用这一点:在车手松油门踩刹车的时候,ECU会命令供油系统喷射燃油而不点火,直接让这些燃油进入气缸后再被排出。这些易燃的油气在温度极高的排气歧管那里会被直接点燃,急剧膨胀,从而带动涡轮持续高速旋转,这样就会有持续的增压值,只要车手踩下油门,动力就会随叫随到。当然,偏时点火会对排气系统和涡轮都造成不小的损害,所以民用车上几乎看不见偏时点火,偏时点火还是算赛用技术的范畴。
温度极高的排气歧管(俗称的“头段”),燃油混合气很容易就在此发生燃烧。↑
三菱EVO正是为了WRC赛事而生,改装偏时点火系统后的EVO异常的凶猛。↑
最后再来说一个小知识:网上有人会说涡轮增压的家用车在熄火前需要怠速一段时间,其道理就是涡轮在工作的时候转速极高,通常能达到十几万转,而且涡轮增压器是需要机油来为其冷却的,当发动机熄火了以后机油就停止了供应,而缺少了机油的润滑,增压器转子的轴承就可能受到更大的磨损。
当然了,这其实是涡轮增压发明的初期,现在的家用轿车一般都会配有专门的延时程序,只要电瓶电量足够,都会在行驶熄火后,根据温度状况自动延时带动冷却泵运转散热。比如大众的TSI,它给涡轮的冷却除了发动机本身的冷却系统外,还会为涡轮独立再设计一套电子水泵冷却系统。所以日常使用涡轮增压的汽车还是尽管放心好了。
本期的Turbo Charge到这里就结束了,那么下一期我们会讲些什么呢?
先给张预告图吧,快来猜猜!
标签:涡轮 增压 发动机