前段時間筆者給各位講解了后置渦輪增壓技術《車尾不放行李改放TA,這究竟是哪門的神操作》,不少小伙伴也是第一次知道原來為發(fā)動機“添磚加瓦”的渦輪增壓器,還可以放在遠離發(fā)動機的車尾處。如此遠距離的布局設計,自然是有利有弊。利的當然是壓縮空氣經(jīng)過遠距離的冷卻之后,可以直接送入燃燒室做功,而無需再繞行中冷器冷卻。但這項技術的弊端也相當明顯,那就是進氣管的長路徑,讓動力迸發(fā)姍姍來遲,并且比較適合基礎排量較大的發(fā)動機類型。
其實在增壓技術的領域,動力延遲的問題一直存在。撇開機械增壓技術直接由發(fā)動機皮帶傳動,使其從發(fā)動機的低轉(zhuǎn)速區(qū)域便開始增壓不談,渦輪增壓技術的動力延遲早已出現(xiàn)。過往流行采用大渦輪增壓器的年代,帶T的車型動力輸出基本在“雙重性格”。中低轉(zhuǎn)速區(qū)間單靠發(fā)動機自身排量做功,儼然是自然吸氣發(fā)動機的感受。當轉(zhuǎn)速提升后,廢氣量足夠推動渦輪葉片繼而增加動力。因此工程師在渦輪增壓技術上,引申出其它的輔助科技幫助減輕動力延遲。
眾所周知,渦輪增壓器是靠發(fā)動機做功后產(chǎn)生的廢氣推動廢氣端渦輪葉片使進氣端渦輪葉片同樣高速轉(zhuǎn)動,繼而把即將進入發(fā)動機的空氣壓縮,提升做功的效率增加動力。而在過去采用大渦輪的時代,由于渦輪的葉片尺寸比較大,因此需要發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速區(qū)間才有足夠的廢氣量推動其運轉(zhuǎn)建立正壓。
突兀的性能輸出,讓當時的性能車動態(tài)表現(xiàn)頗有幾分瘋狂。而隨著市場的變化和技術的發(fā)展,玩家對這類低轉(zhuǎn)像綿羊、高轉(zhuǎn)像野狼的車型開始有些想法,試圖通過各種方法讓渦輪盡早介入。因此廠家工程設計團隊開始把渦輪的直徑尺寸減小,并且把渦輪葉片做得更輕、剛性更好,也因此使得渦輪增壓發(fā)動機開始往小尺寸排量的方向發(fā)展。小渦輪的好處在于葉片質(zhì)量較輕,低轉(zhuǎn)速下的廢氣量足夠推動,讓動力輸出的爆發(fā)點提前至中低轉(zhuǎn)速區(qū)間。由此帶來的好處是,駕駛者可以在正常使用的轉(zhuǎn)速范圍里獲得更好的動力響應和燃油經(jīng)濟性。
正如前面所述,小號渦輪的優(yōu)勢在于輕量化的葉片,容易被廢氣所吹動繼而建立正壓。但凡事都是過猶不及,渦輪的尺寸不能無限制地縮小。那如何在保持渦輪尺寸不變的情況下,繼續(xù)把渦輪建立正壓的時間提前?
渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)核心是同軸渦輪葉片,只要加快其轉(zhuǎn)動的速度就能讓進氣壓力得以增加。可是怎樣才能在發(fā)動機排氣量沒有加強的情況下,讓渦輪葉片轉(zhuǎn)速加快?于是乎,工程師們開始在渦輪里面做了個“小手術”,加入了能以一定角度擺動的活瓣和電機,這就是可變截面積渦輪的由來。
通過活瓣的擺動,從而調(diào)節(jié)廢氣經(jīng)過渦輪時候的流經(jīng)速度,繼而改變渦輪葉片的旋轉(zhuǎn);并且能夠?qū)崿F(xiàn)在低排氣量的時候,仍然能保持渦輪葉片的旋轉(zhuǎn)速度,讓渦輪保持運轉(zhuǎn)減少渦輪遲滯。
當提起電子渦輪的時候,是不是會想起坊間那些改裝大神外接上去的一個電動風扇?確實,電子渦輪的形式著實是通過電力驅(qū)動葉片為進氣加壓。但是兩者所不同的是,民間大神的“電子渦輪”是單獨代替?zhèn)鹘y(tǒng)的渦輪增壓器。要知道渦輪增壓器工作時的高轉(zhuǎn)速、高壓和高溫的狀態(tài),不是一般民間后市場產(chǎn)品所能承受的,因此汽車配件商推出的一整套渦輪系統(tǒng),在耐用性、穩(wěn)定性和安全性方面要遠遠優(yōu)于坊間的作品。
比如說博格華納推出的電子渦輪系統(tǒng)。乍以為是單獨的電子葉片渦輪,而實際上這是一套結(jié)合在原來傳統(tǒng)廢氣渦輪的系統(tǒng)。其工作原理在于當發(fā)動機保持在中低轉(zhuǎn)速時,渦輪的增壓值較低,eBooster開始介入并對機械渦輪所吸入的空氣進行加壓,再推送至中冷器冷卻后繼而做功。當動力請求持續(xù)加大時,發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升繼而廢氣量加大,機械渦輪開始大量吸入空氣并提升增壓值,電子渦輪的作用開始減弱并退出增壓過程。
其實在斯巴魯?shù)馁愜嚥块T里,前些年流傳了一種保持渦輪轉(zhuǎn)速的技術,可這在當年屬于車隊內(nèi)技術,因此并不為人熟悉。而隨著斯巴魯退出WRC后,原本的廠隊技術人員和工程師開始往其它汽車賽事發(fā)展,繼而把這項ZeroLag的技術也帶出來,開始被人們所熟知。
所謂ZeroLag顧名思義就是渦輪的“0遲滯”,按照上面提及的其它方法,都只能減少渦輪遲滯而不能完全消除。ZeroLag的出現(xiàn)確實是完全消除了渦輪遲滯,而且實現(xiàn)的方式依然是傳統(tǒng)的靠廢氣推動。但問題來了,發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降廢氣量減少、增壓值降低這是人所共知的事實,那ZeroLag怎樣實現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降時渦輪仍然保持運轉(zhuǎn)?
答案其實在于燃燒。這技術的核心是在發(fā)動機外增加燃燒室,讓燃油和空氣在外置燃燒室里點燃,增加廢氣的推力保持渦輪葉片高速運轉(zhuǎn)。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升后,渦輪增壓仍然能繼續(xù)為發(fā)動機提供加壓后的空氣。
動力和排放,似乎是內(nèi)燃機在當下最需要平衡的兩大問題。一方面是消費者對動力的渴望比以往的消費者都要高,另一方面全球各國都在致力減少汽車排放;渦輪增壓似乎是兩者之間能夠達到平衡的技術手段。當然,技術本身都是有短板的,只有通過另一種新的技術對其補充,才能達到工程師所設想的完美的狀態(tài)。