一文理清,雙渦輪增壓、雙渦流渦輪增壓的那些事

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雙渦輪,雙渦流,傻傻分不清?

如今有人問你是否考慮1.0T車型,我想你大概率不會再橫眉冷對千夫指,說不定還可能落入真香定律。現如今渦輪增壓已經遍地開花,特別是小排量渦輪增壓席捲全球,就連一向不待見渦輪的日企也不敢落下。

所以渦輪增壓那些事,特別是有關小排量渦輪增壓,我們還真的好好關注下。

在遍地開花的渦輪增壓發動機中,單渦輪增壓最為常見。秉著渦輪越多越高級的慣用邏輯,不缺錢的汽車廠家為什麼不選擇增加渦輪來提升產品力呢?在雙渦輪增壓外,我們也總能聽到“雙渦流增壓”的說法,它又指的是什麼呢?

帶著這些問題,我們來說說雙渦輪增壓、雙渦流渦輪增壓的那些事。

雙渦輪增壓的技術特點

在瞭解雙渦輪增壓之前,我們有必要先簡單瞭解下渦輪增壓的基本特點。

渦輪增壓技術主要分為廢氣增壓和機械增壓兩種。前者主要由內燃機運作所產生的廢氣驅動渦輪機旋轉,由此驅動與渦輪同軸的壓氣機實現增壓。雖然有一定遲滯,但不佔用發動機能量、結構簡單,定位家用的小排量發動機傾向使用它。

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大家可能會問了,什麼是渦輪遲滯?

其實這是一個時間差的概念,發動機在低轉速時產生的廢氣量低,不足以帶動渦輪的運轉,需要轉速提高廢氣動力較大時渦輪才能啟動。

渦輪遲滯和渦輪體積有關,小渦輪質量輕慣性小,低轉響應好,不過在高轉時,由於排氣截面較小,會使排氣阻力增加,最大功率和最大扭矩會受到影響。

正因此,機械增壓的優勢就表現出來了,它是通過發動機曲軸帶動,增壓更線性。不過因為和發動機輸出軸相連,只要開動起來就在吃功率,因此這種結構多出現在功率富裕的大功率汽車上。

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知道了這兩種渦輪增壓的特點,我們接著說說雙渦輪增壓。

顧名思義,雙渦輪增壓就是有兩個渦輪增壓器。它的目的是獲得更快的動力響應,並提升動力表現。按佈局方式,雙渦輪增壓分為並聯式和串聯式兩種。

並聯式指每組渦輪負責引擎半數汽缸的工作,兩個渦輪通常是在發動機兩側一左一右,工作互不影響。並聯式多出現在V型發動機中,因為V型發動機的排氣從兩邊走,一個渦輪很難佈置,並聯式正好解決了結構緊湊的要求。

基於這兩點,像奧迪4.0T V8雙渦輪增壓發動機就很有特點,由廢氣渦輪和機械渦輪組合而成的雙渦輪增壓器巧妙地設計在氣缸夾角處,這樣會使進排氣管路更容易佈置,結構十分緊湊。

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圖為奧迪4.0T雙渦輪增壓發動機。不是說其他結構的發動機不會採用此佈局了,比如寶馬3.0L直列6缸渦輪增壓發動機,就是並聯了兩個廢氣渦輪增壓器。

得益於這些技術的加持,這款發動機有著寬泛的扭矩平原,最大扭矩可達到650N·m,最大功率達到382kW。在氣缸停用的狀態下,ECU會根據車輛負載和發動機工況使動力輸出在120N·m~250N·m之間變化。

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這款發動機還採用了可變氣門技術,發動機負荷較低時,2、3、5、8號氣缸的進排氣門會處於關閉狀態。

而所謂的串聯式,通常是由一大一小兩個渦輪增壓器串聯搭配而成,小渦輪因為轉動慣量小,在低轉時就能啟動助力,大渦輪則是在中高轉時介入,提供充足的進氣量,進一步提高輸出功率。

比如保時捷959身上那臺2.8L V6發動機,小渦輪增壓器負責在低轉速的時候介入,大渦輪在4200rpm的時候介入,在二者的共同作用下這臺發動機可以爆發出500N·m最大扭矩。

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保時捷959百公里加速僅需3.6s,在1987年就能有如此出眾的表現與這臺發動機有很大關係。

說到渦輪類型的不同,和並聯式一樣,串聯式結構還可能採用機械增壓器+渦輪增壓器模式,機械增壓器響應快,適用於低轉速階段,渦輪增壓雖然相應慢,但高速表現好,對中高轉速區間的動力輸出助益很大,後文我們會舉例介紹。

不必神化雙渦輪增壓

看到這,大家可能會疑惑了,既然雙渦輪增壓發動機有這大的魅力,為什麼小排量渦輪增壓很少使用它們呢?

最直接的原因就是太複雜了,與注重耐用性和維修成本的小排量渦輪增壓氣質不符。除此外,對小排量渦輪增壓來說,通過增加渦輪增壓器的個頭就可以滿足提升功率的基本要求,串聯或者並聯兩個小渦輪增壓功率提升效果不見得更好。

當然,這些並不能作為小排量渦輪增壓不思進取的藉口,像大眾的1.4TSI雙渦輪增壓發動機,就兼顧了低速扭力輸出和高速功率輸出。

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在低轉速時,由機械增壓提供大部分的增壓壓力,可以產生約1.3bar壓力;在1500rpm時,兩個增壓器同時提供壓力,最高可達到2.5bar。

在轉速超過3500rpm時,由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力,此時機械增壓器在電磁離合器的作用下完全與發動機分離,防止消耗發動機功率。

不過很讓人吐槽,海外版本TSI表示的是雙增壓+分層燃燒+噴射,但到國內版本卻是閹割了機械增壓和分層燃燒,僅保留渦輪增壓和缸內直噴。拿所謂的油品原因來搪塞,很多人並不買賬。

雙渦流渦輪增壓器又是什麼?

既然雙渦輪不適合小排量渦輪增壓發動機,那採用其他方式是否可行?

好似繞口令,我們也會聽過「雙渦流渦輪增壓器」的說法,比如福特的2.0T雙渦流渦輪增壓發動機、PSA與BMW聯合研製的EP6DT1.6L雙渦流渦輪增壓發動機,他們普遍有著低扭強勁,油耗表現滿意的特性。

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EP6DT1.6L增壓發動機採用了雙渦流渦輪增壓器等技術,最大功率110kW/5500rpm的,最大扭矩240N·m/(1400-4000)rpm。

有些時候會被大家混淆,以為這是雙渦輪技術。它其實是針對渦管而設計的一項技術。我們知道常規的渦輪增壓器導入口只有一個,易造成氣流相互干擾,在氣缸內產生廢氣殘留,影響發動機性能,雙渦流技術可以通過對渦管做一些調整,改善這些問題。

我們以福特的2.0T雙渦流渦輪增壓發動機舉例,它是將各缸的排氣道按點火時刻間隔分成兩組(1&4,2&3)分別推動渦輪工作,排氣效率提高,再配合輕量化處理的渦輪葉片,使渦輪擁有更快的響應速度,有效地緩解了低速時的渦輪遲滯性,使發動機提早進入扭矩平原,改善燃油經濟性。

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雖然理論上也可以通過調ECU或者安裝更成熟的等長排氣來增加整車表現,然而這無法改變單渦流排氣僅僅只有一個排氣通向渦輪的本質。

而要問這項技術近些年最引人注目的是哪位,我們得轉移到寶馬這邊了。從N55開始,寶馬發動機的三大核心技術就是雙渦流渦輪增壓器、連續可變氣門升程和缸內直噴。

當年博格華納渦輪增壓系統總裁兼總經理羅傑·伍德對這套系統的評價很高:雙渦流技術能產生跟雙渦輪增壓器相近的效率,但體積緊湊、重量較輕、成本較低。

該項目由博格華納與寶馬共同合作開發而來。

事實上也確實如此,採用此款發動機的寶馬535i GT 賽車百公里加速僅需6.3秒,同時油耗被壓制到了8.9L/100km,且排放符合歐5和超低排放汽車 (ULEV) II級排放標準。到了今年2月份,寶馬又更新了雙流道渦輪增壓器,將適配於3.0L直列六缸汽油發動機。

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雅斯頓小結

燃油經濟性和環保法規越來越嚴苛,小排量渦輪增壓發動機成為了時下主流之選,更加適用於大排量的雙渦輪技術因此受到冷落,現在回看這項技術,還是有很多不捨。不過並不是說小排量就沒有技術可言了,雙渦流技術因為能產生跟雙渦輪增壓器相近的效率,結構更加緊湊,相信未來大家會更多聽到它。

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