Turbo Charge!(下)

上期說到了渦輪增壓的基本原理和發展歷史,這期咱們就來說說和渦輪增壓有關的幾種技術。

如何避開渦輪增壓器的缺點

渦輪增壓器剛剛應用在汽車上的時候還有很多不足,比如說嚴重的渦輪遲滯。渦輪遲滯帶給你的感受就是,你一腳地板油下去,車子開始慢慢的向前跑,過了幾秒鐘當渦輪介入的時候,車子才會猛得向前一竄,這時候推背感才會出現。為了解決渦輪遲滯的問題,現在各個汽車廠家都有自己的應對方法,其中最簡單的方法就是減小渦輪的尺寸:小渦輪葉片的慣性相對較小,同樣的排氣量小渦輪的葉片響應的更快,這樣就改善了渦輪嚴重遲滯的問題。但是小渦輪帶給發動機的增壓量有點小,一般家用車才會使用,那麼一些對增壓需求量較大的車要怎麼辦呢?

Turbo Charge!(下)

BMW:N54/N55↓

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先來看看寶馬吧。2007年寶馬推出了一款直列六缸3.0T渦輪增壓發動機:N54B30,從此在渦輪增壓的路上越走越遠。N54B30是在01年推出的N52B30直列六缸自然吸氣發動機的基礎上研發的,擁有兩個並聯的小尺寸渦輪,每個渦輪負責三個氣缸的廢氣和增壓,動力數據上比N52B30提高了不少,同時兩個小渦輪的響應速度比較快,這讓N54B30的油門響應速度非常接近自然吸氣發動機。後來由於一些設計上的缺陷,寶馬將N54上的兩個小渦輪給換成了一個渦輪,但是採用了雙渦管技術,這就是後來主流的N55B30發動機。

那麼什麼是單渦輪雙渦管技術呢?

就是在渦輪的進氣端,由原來三個氣缸驅動一個渦輪的形式,改為了三個氣缸為一組,兩組氣缸分別通過一個獨立的渦輪進氣管路帶動一個渦輪。這樣可以進一步減重,將渦輪增壓的結構簡單化(N54B30的進排氣結構因為雙渦輪增壓的結構變得複雜,取消了BMW先進的Valvetronic電子氣門技術)。

918的祖宗:瘋狂的959↓

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再來看看上世紀末的神車:90年代初的世界三大超跑,分別是邁凱倫F1,法拉利F40和保時捷959,其中保時捷959是最早搭載序列式渦輪發動機的量產車之一。這套搭載在959上的KKK序列式渦輪也屬於並聯式渦輪的範疇,在1600轉時只有一個渦輪增壓器工作,當渦輪提供了一定的進氣壓力時,多餘的廢氣才會吹進第二個增壓器,於是第二個增壓器開始加速,也可以說是跟著空轉。達到4300轉時,兩個增壓器就擁有了足夠的廢氣能量,隨後第二個增壓器中的壓縮空氣通過一個閥門也被壓進進氣管。這種渦輪增壓也是雙渦輪增壓,只不過相較於V型引擎上同時工作的一對渦輪來說,序列式渦輪的兩個渦輪增壓器工作順序是一前一後罷了。

賽場上的渦輪——飛馳的WRC賽車↓

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在渦輪增壓被髮明後的幾年內,這個強大的黑科技就開始在賽場上嶄露頭角,這就不得不提到偏時點火了:渦輪增壓會帶來更大的動力輸出,但是缺點就是前文提到的渦輪遲滯,早期的發動機在排氣量達不到一定量的時候,渦輪器是沒有起到多少作用的,這時候的發動機就像同排量的自然吸氣發動機,即便是用了小慣量的渦輪增壓器或者多個渦輪,這種影響也是不能完全消除的。

那在某些需要動力持續輸出的比賽中,渦輪車該如何生存呢?

這就有了大家喜聞樂見的“放炮”——偏時點火系統的誕生。

在WRC(世界汽車拉力錦標賽)中,車手需要每時每刻對車身姿態進行調整,需要動力的時候發動機需要立刻給予足夠的動力,而對於小排量的渦輪增壓發動機,要想獲得大馬力而是用增壓值較大的增壓器的同時,又要解決渦輪高延遲的問題,於是偏時點火技術應運而生:渦輪增壓的基本原理就是依靠氣缸排出來的廢氣帶動渦輪,渦輪通過轉軸帶動葉片吸入新鮮空氣,新鮮空氣再經過中冷器的處理後壓入氣缸內。

那麼只需要讓渦輪一直轉動,渦輪不就保持了一個穩定的增壓值了嗎?

而偏時點火技術就是利用這一點:在車手鬆油門踩剎車的時候,ECU會命令供油系統噴射燃油而不點火,直接讓這些燃油進入氣缸後再被排出。這些易燃的油氣在溫度極高的排氣歧管那裡會被直接點燃,急劇膨脹,從而帶動渦輪持續高速旋轉,這樣就會有持續的增壓值,只要車手踩下油門,動力就會隨叫隨到。當然,偏時點火會對排氣系統和渦輪都造成不小的損害,所以民用車上幾乎看不見偏時點火,偏時點火還是算賽用技術的範疇。

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溫度極高的排氣歧管(俗稱的“頭段”),燃油混合氣很容易就在此發生燃燒。↑

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三菱EVO正是為了WRC賽事而生,改裝偏時點火系統後的EVO異常的兇猛。↑

Turbo Charge!(下)

最後再來說一個小知識:網上有人會說渦輪增壓的家用車在熄火前需要怠速一段時間,其道理就是渦輪在工作的時候轉速極高,通常能達到十幾萬轉,而且渦輪增壓器是需要機油來為其冷卻的,當發動機熄火了以後機油就停止了供應,而缺少了機油的潤滑,增壓器轉子的軸承就可能受到更大的磨損。

當然了,這其實是渦輪增壓發明的初期,現在的家用轎車一般都會配有專門的延時程序,只要電瓶電量足夠,都會在行駛熄火後,根據溫度狀況自動延時帶動冷卻泵運轉散熱。比如大眾的TSI,它給渦輪的冷卻除了發動機本身的冷卻系統外,還會為渦輪獨立再設計一套電子水泵冷卻系統。所以日常使用渦輪增壓的汽車還是儘管放心好了。

本期的Turbo Charge到這裡就結束了,那麼下一期我們會講些什麼呢?

先給張預告圖吧,快來猜猜!

Turbo Charge!(下)


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