緩解渦輪增壓遲滯又有新招 你想到了嗎？

■ 已有緩解遲滯的各種招數(shù)小回顧

渦輪增壓為什么會(huì)有遲滯？根源就是低速工況下排氣氣流不足以推動(dòng)渦輪正常工作。那么要解決這個(gè)問(wèn)題，也是兩個(gè)方向。第一，改善低速時(shí)的排氣氣流；第二，讓渦輪對(duì)排氣氣流的需求小一點(diǎn)，即氣流不大的時(shí)候也能正常工作。

第一個(gè)方向目前是研發(fā)的主流。目前最時(shí)髦的，就是雙渦管——通過(guò)兩組排氣管對(duì)應(yīng)不同的氣缸，以保證排氣氣流更好地銜接和減少擾動(dòng)，達(dá)到改善排氣氣流的目的。其他的做法，還包括集成式排氣歧管（當(dāng)然這個(gè)主要的目的是為了熱效率，但也能達(dá)到緩解遲滯的效果）等，其原理是縮短排氣管路已更好得利用排氣氣流。

如果上圖看的還不夠清晰明了，可通過(guò)下GIF圖獲悉如何改變?nèi)~片角度：

第二個(gè)方向，則是在渦輪本身上下功夫。最時(shí)髦的，自然是小慣量渦輪的采用。目前幾乎所有的民用型渦增發(fā)動(dòng)機(jī)，全都采用的這種。另外，雙渦輪也屬于此類——兩個(gè)渦輪可以減小單個(gè)渦輪的尺寸，達(dá)到緩解遲滯的目的。VTG可變翼渦輪也算一個(gè)小分支，柴油機(jī)上較多，汽油機(jī)之前只有保時(shí)捷用，最近傳出的大眾最新1.5TSI似乎有將其與米勒循環(huán)結(jié)合使用的傾向（受制于篇幅，這部分我們今后再說(shuō)）。

所有這些方法，其實(shí)都存在一個(gè)主要的矛盾點(diǎn)，或者說(shuō)需要平衡的點(diǎn)。要緩解遲滯，減小渦輪是最有效的，但它不利于提升性能。普通的家用型發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)事兒，但如果想標(biāo)榜高性能，亦或者說(shuō)想通過(guò)2.0L替代4.0L這樣的跨級(jí)別模塊化定位，這些手段就不夠用了。那么解決方法也不是沒(méi)有，最常見(jiàn)的如雙增壓——低速用機(jī)械增壓，高速切換為渦輪增壓。大眾早期用過(guò)，沃爾沃也正在使用。這種方法效果不錯(cuò)，但成本高，且容易影響到可靠性，所以并未大面積普及。

■ 那么，最近又有什么新招呢？

①通過(guò)排氣門的可變來(lái)改善排氣氣流

配氣技術(shù)里有一項(xiàng)很重要的技術(shù)叫“可變氣門XX”。這其中，最常見(jiàn)的是VVT可變氣門正時(shí)，這與本文無(wú)關(guān)。另一個(gè)較常見(jiàn)的，是可變氣門行程，本田稱之為VTEC，奧迪稱之為AVS。然后，還有比較少見(jiàn)的可變氣門（數(shù)量）。

在此之前，可變氣門行程或者可變氣門（數(shù)量）技術(shù)，都只會(huì)用在進(jìn)氣門上。原因很簡(jiǎn)單，采用這種技術(shù)的目的，是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)需要較小的進(jìn)氣行程（或氣門數(shù)），以利用其渦流來(lái)保證燃油與空氣的充分混合；高速則相反，行程大一點(diǎn)（或氣門多一點(diǎn)）進(jìn)氣更順暢可以提升功率。從這個(gè)原理可以看出，排氣門完全不需要這樣的東東。

有趣的東西就在這里——在如何緩解遲滯的問(wèn)題上，工程師想到了把這套技術(shù)挪到排氣門上，就能變成緩解遲滯的利器?；仡櫼幌律厦嬲鹿?jié)我們所說(shuō)的遲滯根源，對(duì)此應(yīng)該不難理解。低速時(shí)排氣量小，如果氣門大開(kāi)，那么排氣氣流的流速自然很低，這顯然不利于推動(dòng)渦輪。反過(guò)來(lái)，我們把氣門改小一點(diǎn)（或行程變小，或氣門數(shù)減少），排氣流速就會(huì)變快，是不是不一樣了？

誰(shuí)采用了這樣的設(shè)計(jì)？目前所知的有兩款。一個(gè)是本田新研發(fā)的2.0T。它號(hào)稱帶VTEC，但其實(shí)它那套著名的凸輪可切換機(jī)構(gòu)在進(jìn)氣門上并沒(méi)有，而是裝在了排氣門上——這在本田歷史上可是頭一遭。另一個(gè)是奧迪SQ7上的那臺(tái)4.0TDI，它的AVS同樣裝在了排氣門上。不過(guò)相比本田，奧迪的這套東西更絕，它改變的不是行程，而是氣門數(shù)。也就是說(shuō)，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有一個(gè)排氣門是關(guān)閉的，所有的排氣都只通過(guò)那個(gè)未關(guān)閉的那個(gè)排氣門排出，并且匯總起來(lái)只推動(dòng)一個(gè)渦輪。再回想一下常規(guī)的雙渦輪增壓是如何工作的——所有的排氣通過(guò)（每個(gè)缸的）兩個(gè)氣門排出，并同時(shí)推動(dòng)兩個(gè)渦輪。哪種情況下渦輪更容易啟動(dòng)，不言而喻吧？

②雙渦輪的多種組合方式來(lái)緩解遲滯

上面提到的奧迪4.0TDI在緩解遲滯方面的創(chuàng)意還不止于此。我們先做個(gè)假設(shè)。一臺(tái)4.0L的V8發(fā)動(dòng)機(jī)和兩個(gè)增壓值一樣的增壓器，如果只采用一個(gè)，遲滯肯定比采用兩個(gè)小得多，但對(duì)應(yīng)的功率也會(huì)小得多，這個(gè)應(yīng)該不難理解。常規(guī)的雙渦輪設(shè)計(jì)，無(wú)論何種工況下都是兩個(gè)渦輪一起工作，那么為了緩解遲滯，就不可能采用太大的渦輪。

然而到了奧迪這臺(tái)4.0TDI這里就不一樣了，它的兩個(gè)渦輪都較大，但遲滯卻比小渦輪的雙渦輪增壓還小，它是如何做到的呢？妙處就在于兩個(gè)渦輪不同的排列組合方式，而不是像常規(guī)設(shè)計(jì)那樣只有“一塊兒干”這一種。

具體來(lái)說(shuō)，低速時(shí)它會(huì)采用單渦輪的方式——通過(guò)AVS關(guān)閉一個(gè)排氣門，讓所有的排氣都給一個(gè)渦輪，另一個(gè)渦輪休息。此時(shí)雖然單個(gè)渦輪尺寸大，但由于排氣量double，遲滯并不明顯（事實(shí)上，這款發(fā)動(dòng)機(jī)在更低速的時(shí)候還有電渦輪，為了不復(fù)雜化，這里就不展開(kāi)了）。然后隨著轉(zhuǎn)速的上升，AVS會(huì)打開(kāi)另一個(gè)排氣門，但此時(shí)的氣流仍不足以滿足這兩個(gè)大渦輪同時(shí)工作。怎么辦？奧迪想到通過(guò)一個(gè)電磁閥阻斷其中一個(gè)渦輪流向進(jìn)氣道的通路，然后通過(guò)一個(gè)旁路，讓這個(gè)增壓器增壓過(guò)的氣流先流向另一個(gè)增壓器。這樣，兩個(gè)增壓器的氣流經(jīng)過(guò)疊加以后，再進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)。這很像電路術(shù)語(yǔ)中所說(shuō)的“串聯(lián)”，而常規(guī)的雙渦輪增壓則更像是“并聯(lián)”。當(dāng)排氣氣流不足以讓兩個(gè)增壓器同時(shí)滿負(fù)荷工作的時(shí)候，這種串聯(lián)的方式要比并聯(lián)的方式遲滯小得多。

然后到了高速段就變得簡(jiǎn)單了，之前用來(lái)改變氣流方向的電磁閥會(huì)打開(kāi)，兩個(gè)增壓器會(huì)分別工作并將增壓后的氣流匯總。這也就是最常規(guī)的雙渦輪“并聯(lián)”。此時(shí)由于兩個(gè)增壓器都滿負(fù)荷了，而且增壓器本身尺寸較大，從而可以實(shí)現(xiàn)比常規(guī)雙渦輪增壓更高的功率。

■ 新招的主要目的，是在確保遲滯可控或消除的情況下提升性能

對(duì)于以上這些新招，不少人可能還會(huì)下意識(shí)地冒出“噱頭”二字。為什么呢？因?yàn)槟壳笆忻嫔现髁鞯臏u增發(fā)動(dòng)機(jī)遲滯已經(jīng)控制得相當(dāng)不錯(cuò)了。例如大眾新的TSI。既如此，何必還要搞這么多新玩意兒呢？

這里面，一個(gè)主要的訴求，其實(shí)就是為了提升性能。注意，這和本文的標(biāo)題并不矛盾——渦增發(fā)動(dòng)機(jī)提升性能往往對(duì)應(yīng)這增加遲滯，因此只有采用了緩解遲滯新招，設(shè)計(jì)者才能踏踏實(shí)實(shí)地提升性能。例如本田的這臺(tái)2.0T，功率扭矩分別達(dá)到280馬力/400牛米。什么概念？參考下大眾喊得牛哄哄的第三代EA888 2.0T，對(duì)應(yīng)的數(shù)值是220馬力/350牛·米；寶馬的六缸3.0T，對(duì)應(yīng)的數(shù)值是306馬力/400牛·米；沃爾沃定位T6的雙增壓2.0T，320馬力/400牛米。很顯然，本田用一個(gè)排氣VTEC，就實(shí)現(xiàn)了單增壓達(dá)到接近六缸T的效果。至于為什么要這樣，相信是本田出于產(chǎn)品定位戰(zhàn)略的考慮。畢竟它的地球夢(mèng)動(dòng)力中，2.4L也是很重要且很好的一款機(jī)型，2.0T版本需要與之拉開(kāi)足夠大的差距。

至于奧迪的4.0TDI，則有點(diǎn)想做標(biāo)桿的味道了——就像以往的技術(shù)控那樣，用盡所有手段來(lái)提升性能并消除遲滯。最終的效果呢？1000轉(zhuǎn)就可以達(dá)到峰值扭矩并且一直持續(xù)到3250轉(zhuǎn)——遲滯不是緩解，而是消失了。然后關(guān)鍵是性能：435馬力/900牛·米。注意，這是柴油機(jī)。沒(méi)概念？參考一下，那臺(tái)著名的、拖飛機(jī)的途銳V10 5.0TDI是310馬力/750牛·米；A8上的那臺(tái)汽油版4.0TFSI，435馬力/600牛·米。柴油機(jī)的功率居然與汽油機(jī)一樣（扭矩則大50%）！想想看，如果未來(lái)奧迪把這套東西用在汽油機(jī)上會(huì)是啥效果？

■ 結(jié)論：

緩解遲滯的技術(shù)對(duì)于渦輪增壓的發(fā)展來(lái)說(shuō)應(yīng)該是至關(guān)重要的，因?yàn)樗梢宰尮こ處煾?shí)的提升功率。更關(guān)鍵的是，很多其中的新技術(shù)并非對(duì)應(yīng)著高成本。例如雙渦管，還有如本文的排氣門行程可變，這些技術(shù)完全可以在中小排量的機(jī)型上采用。有人說(shuō)：要那么大功率何用？當(dāng)然有用，它可以進(jìn)一步促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的模塊化，甚至更好地實(shí)現(xiàn)“一個(gè)排量通吃”。這不正是當(dāng)下發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的方向和趨勢(shì)嗎？