双增压发动机为何最终走向灭绝

双增压发动机为何最终走向灭绝-有驾

曾几何时,将两种主要的强制进气方式结合起来几乎是唯一能同时获得二者优势的方法。但如今情况已大不相同。涡轮增压技术在过去二十年中取得了突飞猛进的进步。轴承和其他材料的改进、壳体设计的优化,甚至涡轮叶片角度调节能力的提升,都使得涡轮增压器的响应速度比以往任何时候都更快。

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一些汽车制造商甚至正在尝试在涡轮增压器中加入微型电动机,以彻底消除增压延迟。梅赛德斯-奔驰是最早采用这项技术的厂商之一,他们借鉴了F1赛车中类似技术的经验。这项技术应用于四缸梅赛德斯-AMG SL 43车型。保时捷也在其911 GTS车型上采用了类似的技术。事实上,电动涡轮增压器与其他改进技术的结合,使得保时捷得以在新款911 GTS车型上取消一个涡轮增压器,从而进一步减轻了重量并节省了空间。

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炫酷的电动涡轮增压器并非电子技术取代双增压的唯一途径。由于电动机响应速度极快且扭矩强劲,一些汽车制造商开始使用功率更大的电动机直接连接到动力传动系统,以弥补机械增压器的功能缺失。兰博基尼 Temerario 就是一个绝佳的例子,它利用电动机在低转速下辅助车辆,从而使动力更强劲、输出峰值更高的涡轮增压器和专为极高转速和高功率峰值调校的发动机能够在高转速下发挥主导作用。

它们是如何运作的?

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内燃机的配置方式多种多样,但也可以归纳为一些基本类别。以进气方式为例,也就是空气进入发动机的方式。有自然吸气,即利用活塞(或转子)产生的真空将空气吸入发动机。还有强制进气,即使用外部装置将比自然吸气更多的空气强制送入发动机。

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沃尔沃XC90 SUV

基本价格:38,400 美元

基本型发动机

3.2升直列六缸汽油发动机

在各种强制进气方式中,机械增压和涡轮增压是两大主要选择。它们各有优缺点。例如,机械增压能提供惊人的油门响应,而涡轮增压则能带来卓越的燃油效率。然而,大多数汽车仅采用其中一种强制进气方式,这使得汽车制造商不得不努力克服它们各自的一些不足之处。不过,也有一些公司尝试将这两种系统结合起来,力求兼顾两者的优势。

在某些方面,那些敢于尝试所谓“双增压”技术的汽车制造商确实做到了这一点。然而,他们也遇到了将两者结合起来的一些显而易见的缺点。随着新技术消除了旧式强制进气的种种问题,甚至彻底颠覆了内燃机的概念,这种技术的吸引力也越来越小。

什么是双充电?为什么要使用它?

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正如我们之前提到的,有两种主要方法可以增加发动机的进气量(与更多燃油结合使用可产生更大动力)。你现在可能最熟悉的,甚至你自己的车上可能就有的,就是涡轮增压。它利用发动机排出的废气驱动涡轮的一侧旋转。涡轮的另一侧也随之旋转,从而将更多的进气强制送入发动机。

涡轮增压的主要优势在于其效率高。驱动涡轮所需的所有动力都来自原本无用的废气。其主要缺点是需要废气流量来启动涡轮,而这需要一定的时间,导致踩下油门踏板到获得最大增压之间存在延迟。涡轮增压器越大,这个问题就越严重。此外,由于涡轮与高温废气相连,进气温度也会升高,但只要气体被压缩,这都会是个问题。

机械增压解决了增压响应的问题。无论设计如何,增压器都通过传动皮带由发动机直接驱动。因此,增压器始终处于旋转状态,并且转速越高,转速越快。这带来了极其平顺、线性且迅速的动力输出。然而,主要问题在于其效率较低,因为驱动增压器需要消耗发动机的动力。

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您可能已经注意到,这两种强制进气方式的优缺点基本上正好相反。因此,如果能将它们结合起来,基本上就能消除所有问题。这就是双增压的原理。一台发动机同时配备机械增压器和涡轮增压器。机械增压器负责低转速时的增压,提供即时动力;而涡轮增压器则在高转速时逐渐增压。与仅配备涡轮增压器的发动机相比,这套系统能够提供更灵敏的响应;与仅配备机械增压器的发动机相比,它又能提供更强劲的高转速动力和更高的燃油效率。

缺点是什么?

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双增压系统有两个显而易见的主要问题。首先,它非常复杂。调校一台配备单涡轮或双涡轮增压器(只要不是顺序式)或机械增压器的发动机是一回事,但要让两者协同工作就完全是另一回事了。以较新的双增压发动机为例,例如沃尔沃T6 2.0升四缸发动机,它采用机械增压器负责低转速,涡轮增压器负责高转速,因此必须能够在两种增压源之间进行切换。每个系统都需要独立的管路和冷却系统。需要考虑的因素很多。

这也引出了另一个问题:重量和空间。无论是机械增压还是涡轮增压,重量都不轻。你不仅要在发动机上加装大型金属压缩机,还要加上前面提到的冷却和进气管路。同时使用这两种系统意味着,动力提升装置的重量——粗略估计——会翻倍。此外,体积也会增加,这会给包装带来麻烦。

哪些汽车采用双充电技术?

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只有少数汽车制造商在其量产车型中尝试过双增压技术,而且涵盖范围之广令人惊讶,从相当主流的经济型轿车到疯狂的超级跑车都有涉及。以下列出了一些比较值得注意的例子。

  • 日产 March Super Turbo:这款小型掀背车于 20 世纪 80 年代末推出,配备 930 cc 四缸发动机,可产生 109 马力和 96 磅英尺的扭矩。

  • Zenvo ST1:这家丹麦超级跑车公司的第一款车型将双增压理念应用于 5.8 升 V8 发动机,可产生 1,104 马力和 1,055 磅英尺的扭矩。

  • 大众尚酷:众多采用双增压 1.4 升四缸发动机的车型之一。它可输出 158 马力和 177 磅英尺的扭矩。

  • 沃尔沃 XC90:与尚酷一样,XC90 只是众多搭载相同基本发动机(2.0 升四缸发动机)的沃尔沃车型之一。目前版本的发动机可输出 295 马力和 310 磅英尺的扭矩。

  • 蓝旗亚 Delta S4:一款专为 B 组拉力赛设计的认证特制车型。它搭载 1.8 升四缸发动机,功率约为 250 马力。

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沃尔沃是双增压技术的最新拥护者。该公司于2013年发布了其2.0升四缸双增压发动机,可输出302马力和295磅·英尺的扭矩。这款发动机属于沃尔沃的Drive-E系列发动机,而仅配备涡轮增压器的版本则可输出240马力和258磅·英尺的扭矩。这款发动机几乎应用于沃尔沃旗下所有车型。

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至于第一款采用双增压技术的汽车,那就是 1985 年推出的蓝旗亚 Delta S4。这对于蓝旗亚来说是一次重大变革,不仅因为它的发动机,还因为它采用了全轮驱动,甚至还使用了碳纤维车身部件。

之前的增压版037 B组赛车采用后轮驱动,并使用玻璃纤维车身部件。虽然公路版Delta S4搭载的中置双增压1.8升发动机仅能输出约250马力,但赛车规格的车型却能达到约500马力。

如今,技术已经发展到双增压不再具有任何实际优势,因此汽车制造商无需继续投入精力。展望未来,我们甚至可能完全不再使用内燃机,从而彻底淘汰强制进气技术。

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