增壓的爆發(fā)

JETHRO BOVINGDON

經(jīng)典的發(fā)動機(jī)成就了那些令人難忘的汽車，就是這么簡單。邁凱倫F1，也許是它們當(dāng)中最令人難忘的，它以前所未有的變革的姿態(tài)充分展現(xiàn)了工程師的天賦，但最終給人們留下深刻記憶的是那部6.1L V12發(fā)動機(jī)。這是當(dāng)時同級別中經(jīng)典中的經(jīng)典發(fā)動機(jī)，雖然它噪聲很大，可動力反應(yīng)準(zhǔn)確而迅猛，使它成了那個時代發(fā)動機(jī)的標(biāo)桿，不管是駕駛者還是車上目瞪口呆的乘員都得到了它所帶來的極大享受。

在另一方面，也有一些十分令人反感的汽車卻因為一部優(yōu)秀的發(fā)動機(jī)而得到了原諒，如法拉利的Testarossa就是這樣一部車。實際上，近代一些匹配了V6發(fā)動機(jī)的阿爾法、瑪莎拉蒂4200GT，還有更多的車都是一樣。我們需要高性能的發(fā)動機(jī)以讓車輛更加充滿魅力和更加讓人興奮，因為它能夠帶來讓我們喜歡一部汽車的感覺，使這部機(jī)械就像一個正在呼吸的、活生生的巨人。

這里并沒有刻意地規(guī)定哪些才算出色的發(fā)動機(jī)，但是這里卻有一些決定性的因素，對于大部分出色發(fā)動機(jī)來說都適用。對于它們來說，沒有出色的品質(zhì)是絕對不成的，當(dāng)然還要有令人興奮的感染力。

在駕駛中不用懷疑法拉利F40所帶來的原始的刺激感，F(xiàn)40是如此的激烈和讓人震驚，還有GT2 RS加速時動力涌向后輪所帶來的刺激感，但是比起F50在7500rpm或者油門到底時，發(fā)動機(jī)和后輪輪胎所帶來的刺激感會像是你乘坐在GT3 RS 4.0里嗎？答案是沒有可比性。在更加引人矚目的層面上，性格外向的Boxster就變得更加善解人意和更精確的操控，或者像E46所爆發(fā)出的炙熱能量，或者E92 M3在極限狀態(tài)下，在頃刻之間就能強(qiáng)烈感受到比渦輪增壓所帶來的強(qiáng)大扭矩快百倍的扭矩爆發(fā)。

但是我們并不想是這樣，被指責(zé)成反對技術(shù)革新的人，我們很想去擁抱新一代的偉大發(fā)動機(jī)——偉大的渦輪增壓發(fā)動機(jī)。為什么？好，我們現(xiàn)在已經(jīng)沒有選擇的余地，那么就讓我們希望沿著偉大工程師的思路，去學(xué)習(xí)到自然吸氣發(fā)動機(jī)是如何黯然失色的。從哪里開始呢？布加迪Chiron和阿斯頓·馬丁DB11都是非常完美的座駕，所以，我們先與布加迪的工程師團(tuán)隊負(fù)責(zé)人Willi Netuschil，還有阿斯頓·馬丁動力系統(tǒng)工程師負(fù)責(zé)人Dr Brian Fitzsimons博士來個溝通，關(guān)于開發(fā)渦輪增壓發(fā)動機(jī)所帶來的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，它所帶來的最大利益，還有未來的技術(shù)。

首先，先看看發(fā)動機(jī)本身。布加迪的這款W16發(fā)動機(jī)排量達(dá)到了7993ml，配備了4個渦輪增壓器，并且采用了水冷中冷器。每個增壓器采用了單渦管，并且尺寸很大。每個增壓器跟隨一組缸體布局。這款發(fā)動機(jī)的數(shù)值很出色，其最大功率在6700rpm時達(dá)到了1103kW，從2000rpm到6000rpm輸出最大扭矩1600Nm，而增壓器的尺寸比威龍增加了69%。其進(jìn)氣渦輪直徑達(dá)到了74mm，排氣渦輪直徑達(dá)到了64.4mm?？纯磳κ謧冊鯓樱债a(chǎn)的GT-R渦輪增壓器進(jìn)氣渦輪直徑是56.1mm，排氣端的渦輪直徑是52.4mm。Chiron的絕對增壓壓力達(dá)到了2.85 bar。在威龍上是2.25 bar，而在威龍 Super Sport上是2.3 bar。大個增壓器通常要發(fā)生更明顯的渦輪遲滯，Chiron采用了布加迪的新一代兩級式增壓系統(tǒng)以顯著減少渦輪遲滯。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速從怠速650rpm到3800rpm時，Chiron會利用全部的排氣只驅(qū)動4個渦輪增壓器中的兩個，使這兩個增壓器飛速地旋轉(zhuǎn)，并快速進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)超過以上發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間時，所有4個增壓器同時進(jìn)入工作狀態(tài)。

DB11使用了新的5204ml V12發(fā)動機(jī)，匹配了兩個帶電子控制廢氣閥的單渦輪雙渦管增壓器。雙渦管設(shè)計減少了各個汽缸間的排氣干涉，提升了增壓器效率。這款V12發(fā)動機(jī)在6500rpm時可以爆發(fā)出448kW，而從1500rpm一直到5000rpm持續(xù)輸出峰值扭矩700Nm。這款渦輪增壓器來自日本，進(jìn)氣端葉輪直徑達(dá)到了68mm，廢氣端驅(qū)動葉輪的直徑達(dá)到了56mm，增壓器的最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了152000rpm。這款發(fā)動機(jī)還采用了一側(cè)缸體停缸技術(shù)，以提升燃油效率和減少廢氣排放。

阿斯頓·馬丁動力系統(tǒng)工程師負(fù)責(zé)人Dr Brian Fitzsimons博士講起DB11的這款新發(fā)動機(jī)是那么的熱情洋溢，并且充滿了驕傲感，聽他充滿激情地介紹這款發(fā)動機(jī)的開發(fā)過程也是很刺激我們的求知欲望的?！暗谝徊?jīng)Q定是我們還要堅持V12發(fā)動機(jī)”，他打開了他的話匣子，“因為環(huán)境保護(hù)的原因，對于大排量發(fā)動機(jī)而言還是很苛刻的。人們需要更多的馬力，但還需要更低的排放。坦率地說，為了解決這對矛盾，惟一的方法是采取增壓以得到更高的功率和扭矩?！?/p>

所以這一決定首先就被實用主義觀點所驅(qū)動，常規(guī)高效率的方法便是控制排量，F(xiàn)itzsimons解釋道：“為了實現(xiàn)這實用主義計劃，也就是說得到了一個可以將發(fā)動機(jī)做得稍微小一點的機(jī)會，于是我們縮小了發(fā)動機(jī)的尺寸，但并不是非常顯著，只將排量減小到了5.2L，但是盡管如此還是讓我們得到了明顯的收益。而另一個巨大的機(jī)會是，如果你能設(shè)計出在發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速時獲得更大的扭矩，你就能夠使用更多擋位變速器，也就是說如果發(fā)動機(jī)在相當(dāng)?shù)偷霓D(zhuǎn)速運(yùn)行時就能夠提供足夠的扭矩，在常規(guī)駕駛時就會非常省油。常稱作以超速擋行駛?！?/p>

這并不是讓那些狂熱追求者發(fā)自內(nèi)心贊美的關(guān)鍵所在，但我們確信出色的發(fā)動機(jī)讓一切更美好。“讓我們先來處理一些反饋吧，”當(dāng)我表示出對Fitzsimons先生在開發(fā)渦輪增壓發(fā)動機(jī)的拼搏充滿敬意時他變得更加熱情?！斑@是一種看法，是在某些情況下的現(xiàn)實，小排量高增壓發(fā)動機(jī)在響應(yīng)上不會像大排量自然吸氣發(fā)動機(jī)那么出色。我們承認(rèn)這點，所以我們爭取在同級中做到最好，對我們自己設(shè)定了有進(jìn)取心的目標(biāo)。第二，我們并沒有將發(fā)動機(jī)的排量減小太多，依然保持著自然吸氣的5.2L排量。所以我們要做的就是盡我們的所能讓這款5.2L發(fā)動機(jī)發(fā)揮得更出色。所以當(dāng)我們設(shè)計增壓器系統(tǒng)和進(jìn)氣路徑時，我們的目標(biāo)是在自然吸氣情況下它的表現(xiàn)就要盡可能地好。大家的工作都圍繞在這個清晰的目標(biāo)上?！?/p>

阿斯頓·馬丁仔細(xì)考察著每件事情，從電子增壓器到機(jī)械增壓器，最終發(fā)現(xiàn)一對雙渦管渦輪增壓器提供了最佳的結(jié)果。

“我們的目標(biāo)是得到可靠的，并且能夠被證實的技術(shù)。當(dāng)前有很多新技術(shù)，但并不會得到像說明書上的完美結(jié)果。所以我們選擇了雙渦管渦輪增壓器安裝在每一列氣缸上，并配上了電子控制廢氣旁通閥以得到精確的控制，和每側(cè)6個氣缸更好的布局。另外6個氣缸的數(shù)字也是非常惹人喜愛，因為6個氣缸比5缸或4缸能夠更好地實現(xiàn)平衡，6個氣缸工作時能很好地消除渦輪高速旋轉(zhuǎn)帶來的振動，其他的一些振動也被輕松抵消了，使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)。增壓器關(guān)鍵之處是采用了低慣性渦輪，渦輪轉(zhuǎn)動慣量減小，響應(yīng)變快，加速遲滯減輕了，另外這點對于軸承和固定部件來說也是很有益處的。我們還對廢氣旁通閥進(jìn)行了精確控制。”

“發(fā)動機(jī)從轉(zhuǎn)速1500rpm開始便可爆發(fā)出700Nm的扭矩，這給底盤工程師帶來了挑戰(zhàn)，好在我們在發(fā)動機(jī)調(diào)校的取向上并不是嘗試去跟法拉利一樣，想要達(dá)到每一個擋位的驅(qū)動力輸出都得到增強(qiáng)，并且只是簡單地模仿出自然吸氣發(fā)動機(jī)的動力感覺。我們看看我們自己的這款發(fā)動機(jī)和法拉利488GTB發(fā)動機(jī)，都有著出色的性能，它們都帶來了出色的駕駛感覺。我們不得不向這兩款出色的發(fā)動機(jī)致敬，它們才華橫溢，”Fitzsimons說?！安贿^，我們和法拉利的發(fā)動機(jī)價值觀有所不同，我們得到了所有的扭矩，并使用了這些扭矩。這就是渦輪增壓發(fā)動機(jī)，一點不羞澀地證明了自己能夠帶來豐富的駕駛樂趣。它的全部將呈現(xiàn)在消費者面前?！?/p>

這就是一個姿態(tài)，那就是布加迪要證明的。當(dāng)大家討論規(guī)劃Chiron的發(fā)展規(guī)劃時，工程師們的領(lǐng)導(dǎo)Willi Netuschil是非常死板的?！爱?dāng)3年半以前我們開始討論威龍的繼承者時，目標(biāo)是創(chuàng)造一項新的世界紀(jì)錄（最高車速）。我們接下來直接討論多少功率能夠滿足我們的需求，并且斷定需要1119kW?！碑?dāng)然是這樣?！霸谀繕?biāo)明確了以后，我們就研究不同的解決方案，包括混合動力系統(tǒng)，但是當(dāng)調(diào)研結(jié)束之后，公司做出決定時，不僅重量超出了預(yù)期，也沒有人敢相信它將來能夠達(dá)到預(yù)期的最高車速。”

對于每個人來說，超越412km/h的預(yù)計最高車速計劃將要成為泡影。好在兩段式渦輪增壓器是如此的簡單，達(dá)到了精巧的變革。“首先，你要知道威龍在設(shè)計之初的發(fā)動機(jī)排量是8L，能夠產(chǎn)生出746kW的功率和1249Nm的扭矩。”Netuschil解釋道?！澳且馕吨F(xiàn)在，如果使用相同的發(fā)動機(jī)，我們還需要另外50%的動力，所以我們需要重新設(shè)計發(fā)動機(jī)，并增加增壓器的尺寸。在做這一步的同時，也造成了發(fā)動機(jī)的動力響應(yīng)時間的增加?，F(xiàn)在遇到了很大的渦輪遲滯現(xiàn)象。于是我們開發(fā)了兩段式渦輪增壓器以減少渦輪遲滯。所以，在發(fā)動機(jī)怠速時我們使用了兩個渦輪增壓器，集中廢氣來驅(qū)動這兩個增壓器，渦輪轉(zhuǎn)速的提升會非?？?。發(fā)動機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速是650-700rpm，而在2000rpm時發(fā)動機(jī)即可達(dá)到最大扭矩輸出，從怠速到扭矩峰值只需要跨越1300rpm?！?img src="https://cimg.fx361.com/images/2021/08/24/qkimagesqcydqcyd201606qcyd20160621-2-l.jpg"/>

這套系統(tǒng)能夠帶來像保時捷918 Spyder那樣動力瞬間爆發(fā)的效果嗎？Netuschil熱情而爽快地說出了他的觀點：“如果我駕駛一部最先進(jìn)的LaFerrari混合動力車，可以從混合動力系統(tǒng)獲得最直接的動力爆發(fā)和迅猛的提速感。在前3m的反應(yīng)會非常快——這里絕對不會給別人機(jī)會（太快了），但是過了3m或4m之后，我們就會變得更出色了。接下來的全部行程里你就會一直保持著高性能駕駛?！?/p>

也許電子渦輪增壓器很快會進(jìn)入市場，它會實現(xiàn)快速反應(yīng)以與混合動力一爭天下嗎？

“是的，但是一定要匹配大號的渦輪增壓器，你真的需要更多的電能以獲得更多的優(yōu)勢。但在常規(guī)車載電力系統(tǒng)下，使用電子增壓器來獲得的收益就會遜色許多。但是讓我們把眼光投向未來……電子渦輪增壓器將會變得越來越重要。如果你考慮使用電子馬達(dá)來驅(qū)動非常巨大的渦輪，那就需要匹配更大型號的發(fā)電機(jī)，也就是說你還需要混合動力技術(shù)的支持。我們也與我們的客戶做了許多討論，以現(xiàn)有的混合動力系統(tǒng)和當(dāng)前的車載電力系統(tǒng)來說，沒有人能夠保證在未來20年內(nèi)會發(fā)生什么。不過我們從我們的客戶那里得到了最清晰的建議——堅持內(nèi)燃機(jī)動力。

當(dāng)然，作為最終的決定，他們開發(fā)的內(nèi)燃機(jī)是否能獲得巨大的成功還需要等待時間的考驗。在當(dāng)前的汽車大潮中對于內(nèi)燃機(jī)來說，渦輪增壓技術(shù)是普遍存在的，可喜的是，我們可以看到廣大工程師和技術(shù)人員正在以更多的智慧和飽滿的激情在不斷改進(jìn)著渦輪增壓技術(shù)的不足。

確信當(dāng)客戶收到DB11時一定會收到一份驚喜?！氨厝坏?，在發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速時，客戶可以明顯地收獲到更多的扭矩爆發(fā)，”他接著說，“然后會感覺到動力越來越猛，持續(xù)提升。當(dāng)前有一些渦輪增壓發(fā)動機(jī)在發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速時不能得到動力峰值，我們的發(fā)動機(jī)將動力峰值延續(xù)到了6500rpm，我們還可以將它提升到7000rpm，它也不會出現(xiàn)喘不上氣的情況?！?/p>

布加迪Chiron允許某種受到制約的瘋狂駕駛。當(dāng)Netuschil回憶起第一次駕駛Chiron時，他實事求是的表達(dá)被自己抱有懷疑的笑聲打斷了?！拔荫{駛擁有746kW的布加迪威龍去Ehra- Lessien 測試場，測試Chiron的原型車，當(dāng)我又回到威龍上時，我迷惑地認(rèn)為發(fā)動機(jī)一定出現(xiàn)了什么問題，再仔細(xì)一想，沒有問題，只是坐上了不同的車?！?/p>

難以理解?，F(xiàn)在我們只需要看到的是駕駛體驗是否能與它開發(fā)時對駕駛性能的定義相匹配。