從新寶馬730Li的渦輪增壓四缸漫談渦輪增壓發展趨勢

前不久寶馬發布了7系轎車的入門版730Li,這輛車配備了一台4缸渦輪增壓的四衝程汽油發動機,很多人都有這樣一個疑惑,寶馬這樣做發動機動力會不會不夠用,寶馬是不是不厚道?這台發動機的平順性較上代6缸發動機比如何?

未來的內燃機車發展趨勢都是渦輪增壓嗎?目前渦輪增壓的發展前景是怎麼樣的?有什麼新技術應用到量產車上?

首先寶馬的新款7系的車架使用了部分碳纖維,在保持車架剛性不變的情況下車的總重量可以大幅度的下降,較上代1910Kg的車重下降了201KG,其中碳纖維複合車架起到了130KG的效果

而從3000CC的直列6缸自然吸氣變為2000CC的4缸渦輪增壓發動機,馬力保持不變,扭矩不降反升,新款發動機最大功率190kW,峰值扭矩400Nm,上代峰值扭矩為300Nm

在車身重量下降的同時,發動機肯定是夠用的,但是發動機缸數減少了,可能輸出沒有以前的6缸發動機平順了,那麼寶馬為什麼要這麼做呢?

其實從寶馬X5改標排量,M3換裝更小排量發動機,和沃爾沃XC90換裝小排量發動機,賓士AMG車系使用相對小排量的發動機,歐洲車廠開始越來越受政策和環保的影響,為了能更多的盈利,犧牲一部分用戶體驗,當你面對高昂的利潤時這一點點的用戶體驗當然也得為利潤讓步

但是怎麼通過技術來彌補回那麼一點點的用戶體驗,這其中有什麼技術?文章的下半部分將一一解讀

首先是解決經過渦輪壓縮後高進氣溫度帶來的積炭,

發動機進氣溫度越高,發動機就越容易爆震,爆震就是發動機的活塞在壓縮行程運行到點火的過程中,由於高溫帶來的更高的壓力,汽油發生了自燃,這個時候發動機活塞還在往上頂的過程中,但是燃氣產生的能量卻把活塞往下頂,這個時候發動機功率就會丟失,並且發動機還會抖動

那怎麼辦?加大中冷器?

堵車中冷器吹不到風不能散熱怎麼辦?

於是發動機只能通過噴更多的汽油來吸收高溫進氣的溫度,這個時候會帶來兩個毛病,高油耗和多出來的油燒不幹凈,這個時候發動機就會積炭,

這個黑糊糊的就是積炭,而且這個積炭會越來越多,不過不同的燃油噴射系統,可能積炭的情況就不一樣

由於汽油本身是有清洗和揮發吸熱的功能,所以歧管噴射的發動機積炭情況就比缸內直噴發動機輕,歧管噴射的發動機噴油嘴在氣缸外面,噴咀噴的油能儘可能多的吸收熱量,噴咀相對於缸內直噴能少噴油,並且能夠清洗節氣門上的積炭

但是缸內直噴動力好,歧管噴射不積炭,怎麼辦,有沒有能夠集兩種系統於一身的?

於是雙噴射系統應運而生

積炭解決了,渦輪發動機的另一個老毛病,渦輪遲滯怎麼辦?

渦輪遲滯其實就是發動機進氣歧管增壓的空氣不能像機械增壓,大排量自然吸氣發動機那樣隨叫隨到,油門下去要等上一點點時間才能上來,渦輪增壓的起正壓力速度太慢,那麼要怎麼解決這個問題,怎麼樣能夠把渦輪增壓發動機的起正壓力速度提高呢?

首先是從渦輪增壓器葉片本體入手,減少葉片的轉動慣量,讓渦輪增壓器有更好的響應速度

還有一個就是使用雙增壓系統,例如雙渦輪增壓或者機械增壓加渦輪增壓,目的是提高渦輪的響應速度並且提高渦輪增壓的起正壓力的轉速區間,在低轉速區間使用小號的渦輪增壓器,或機械增壓,對低轉速區間的輸出有好的表現,在高轉速時大號的渦輪介入,高轉速輸出

不過這套系統造價比較貴,成本比較高,只有一些貴的車上採用

不過近年來有一種叫雙渦管的渦輪增壓器,這種渦輪增壓不是兩個渦輪增壓器,而是在單個渦輪增壓器的排氣端分成了兩個氣道,目的是減少排氣的互相影響,使發動機能夠更加順暢的排氣,從而提高渦輪增壓器的響應

上圖是雙渦管的渦輪增壓器,可以看到廢氣(出尾氣)的那頭有一個隔斷

上面的兩幅圖可以看清楚

還有一個技術是可變渦輪的排氣阻力的設計,叫可變截面渦輪(VGT(Variable Geometry Turbocharger)或者叫VNT可變截面渦輪增壓技術)

通過一個電機控制在渦輪增壓器排氣端的葉片開度來控制渦輪增壓器的響應

還有就是水冷的中冷器,這個技術可以減少歧管的長度,從而減少渦輪增壓器達到相同進氣壓力的空氣體積提高了渦輪增壓的響應,在傳統氣冷中冷器上容易發生的因為進氣溫度過高而導致的積炭也能減輕

完了,沒有了,下期再見


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