渦輪增壓技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)在各類車型中廣泛使用,但誰能想到就在半個(gè)世紀(jì)前,還幾乎沒有人聽說過渦輪呢?
即使你是自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的死忠,也無法否認(rèn)渦輪增壓器的出現(xiàn)對(duì)于汽車行業(yè)產(chǎn)生了不可磨滅的影響。無論是汽油還是柴油車,高大上如法拉利488 GTB還是接地氣如大眾高爾夫,你都能看到渦輪增壓器的影子。從誕生到普及,它到底走過了怎樣的歷程?
首款渦輪增壓車型的出現(xiàn)
渦輪增壓器的“年紀(jì)”其實(shí)和內(nèi)燃機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng),但在它誕生之初,并沒有人想到把它應(yīng)用在民用車發(fā)動(dòng)機(jī)上。它最早在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用,但由于體積過于龐大,把它安裝在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上顯然不太可能。但由于它所帶來的好處非常明顯,因此應(yīng)用在汽車上也只是時(shí)間問題。
首先在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用渦輪技術(shù)的是來自歐洲的汽車制造商——保時(shí)捷930、Saab 99 Turbo和寶馬2002 Turbo算是最早一批使用渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的車型了。然而,從渦輪技術(shù)中壓榨出更多的還要數(shù)美國(guó)制造商。在1962年,通用汽車認(rèn)為Oldsmobile Cutlass的3.5升V8發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力表現(xiàn)不盡如人意,但Oldsmobile沒有用通用汽車旗下其它的V8發(fā)動(dòng)機(jī)來代替它,而是另辟蹊徑,與工業(yè)渦輪機(jī)制造商Garrett合作,打造出了頗具傳奇色彩的JetFire V8發(fā)動(dòng)機(jī)。
在上世紀(jì)60年代,如何將渦輪增壓器應(yīng)用于面向普羅大眾的汽車,是工程師們所面臨的巨大挑戰(zhàn)。JetFire發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比是10.25:1,因此在沒有現(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)對(duì)的情況下,它很容易遭遇發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。為了解決這個(gè)問題,Oldsmobile創(chuàng)造了一套系統(tǒng),將“Turbo-Rocket液體”(水和甲醇的1:1混合物)注入氣缸。
雖然使用了JetFire發(fā)動(dòng)機(jī)的Cutlass車型速度明顯較使用自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的同款車型更快,但由于價(jià)格昂貴,它并未贏得市場(chǎng)的青睞。而且“Turbo-Rocket液體”注入系統(tǒng)也被證明是一個(gè)不切實(shí)際的方案,因此JetFire在一年后就被叫停,一共售出不到4000臺(tái)。
渦輪增壓的小進(jìn)步
雖然JetFire在市場(chǎng)中失敗了,但汽車行業(yè)很快就再次開始挖掘渦輪增壓器的應(yīng)用潛力。1965年,第二款面向大眾市場(chǎng)的渦輪增壓車型上市了,它依舊來自于美國(guó)。這款I(lǐng)nternational Harvest Scout使用了2.5升渦輪增壓四缸發(fā)動(dòng)機(jī),擁有110馬力,比同款自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)多了20馬力。更重要的是,它完全可以使用普通級(jí)的汽油,不再需要水-甲基液體的輔助。
但就在兩年后,IH決定放棄這款渦輪發(fā)動(dòng)機(jī),轉(zhuǎn)而使用非渦輪增壓的3.2升四缸引擎。事實(shí)證明,排量更大的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在產(chǎn)生相同功率的情況下,消耗比渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)更少的燃料。隨著1974年石油危機(jī)的到來,渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的前景看起來更加黯淡了。
渦輪增壓的“走紅”
1973年,汽車制造商開始看到渦輪能讓汽車速度變得飛快的潛力。那一年,寶馬2002 Turbo投入量產(chǎn),雖然車型的速度的確有了很大提升,但它出現(xiàn)了嚴(yán)重的渦輪遲滯和油耗太高的問題,甚至被認(rèn)為是一種安全隱患。因此和JetFire一樣,它在面世一年后也停產(chǎn)了。
就在2002 Turbo“夭折”之際,保時(shí)捷911 Turbo誕生了。當(dāng)首代車型面世時(shí),它成為了世界上最快的量產(chǎn)車。對(duì)于渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)而言,這無疑是一塊非常重要的里程碑。也是從那時(shí)開始,人們對(duì)渦輪增壓的熱情開始日漸高漲起來,Saab 99 Turbo也是在這一時(shí)期面世的。
當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)遇見渦輪增壓
對(duì)于渦輪增壓器而言,1978年是一個(gè)特別的年份。在那一年,別克為Regal配備了渦輪增壓V6發(fā)動(dòng)機(jī),最終它演變?yōu)榱烁弋a(chǎn)量的Grand National車型。然而更重要的是,那是渦輪柴油發(fā)動(dòng)機(jī)誕生的年份。梅賽德斯-奔馳300SD在那一年面世,搭載了Garrett渦輪增壓器,徹底改變了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
雖然對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來說,自然吸氣和渦輪增壓哪個(gè)更好仍有爭(zhēng)議,但對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)而言,渦輪的效果要明顯得多。由于柴油燃燒循環(huán)取決于高壓縮,強(qiáng)制進(jìn)氣是一個(gè)提升動(dòng)力和效率的簡(jiǎn)單方法。事實(shí)也證明渦輪增壓比自然吸氣更適合柴油發(fā)動(dòng)機(jī),自從1979年使用渦輪柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)致604面世后,歐洲有一半的民用車都采用了這樣的動(dòng)力搭配。
一個(gè)渦輪怎么夠用?
如果你能在發(fā)動(dòng)機(jī)上裝一個(gè)渦輪增壓器,那裝兩個(gè)應(yīng)該也是可行的——瑪莎拉蒂在1981年就是這樣想的,于是Biturbo就這樣誕生了。雖然這不算一款好車,但它的確是世界上出售的首款使用雙渦輪的民用車。雙渦輪的理論基礎(chǔ)是兩臺(tái)平行工作的渦輪能夠減少渦輪遲滯,雖然現(xiàn)實(shí)中并不總是那樣,但它的確為車輛的動(dòng)力提升做出了不小的貢獻(xiàn)。
1986年面世的保時(shí)捷959則又展示出了另一種使用雙渦輪來減少渦輪遲滯的方式——與兩個(gè)渦輪獨(dú)立工作的平行雙渦輪不同,959采用了順序式雙渦輪,一個(gè)渦輪在低轉(zhuǎn)速時(shí)介入,另一個(gè)(或兩個(gè)一起)在高轉(zhuǎn)速時(shí)介入。雖然這種方式會(huì)對(duì)可靠性有所影響,但據(jù)報(bào)道,第四代Supra的順序式雙渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)故障率只有不到1%,可見其并不構(gòu)成什么大問題。
渦輪增壓的未來
過去50多年來,渦輪增壓器經(jīng)歷了相當(dāng)大的變化,如今渦輪增壓器的復(fù)雜程度已經(jīng)不亞于發(fā)動(dòng)機(jī)本身,而它的下一次變革可能也很快就會(huì)到來:由電動(dòng)輔助的渦輪增壓器顯示出了越來越大的潛力。
傳統(tǒng)的渦輪增壓器將汽車尾氣轉(zhuǎn)化為壓縮機(jī)所需的電力,而電子渦輪則能將一部分電能儲(chǔ)存起來,并未達(dá)到最佳轉(zhuǎn)速的情況下,繼續(xù)為壓縮機(jī)提供電力。理論上,這能消除渦輪遲滯的影響。
或許假以時(shí)日,我們才能看到電子渦輪成為主流,但正如渦輪增壓器的發(fā)展史一樣,汽車制造商從不吝嗇于為改進(jìn)渦輪增壓器而投入時(shí)間和精力。它未來究竟會(huì)走向何方?讓我們拭目以待。