涡轮增压发动机也玩“超级变变变”

当年涡轮增压器刚被移植到汽车发动机上时，却是如同兴奋剂一般的危险外挂。不仅如此，那时涡轮增压发动机的油耗、排放也基本跟“环保”二字无缘；而现在，涡轮增压发动机却成了汽车节能减排的主要手段之一，可怕的涡轮迟滞现象也大为改善。

涡轮增压发动机从出现到进化，都与偏时点火、可变气门正时、可变几何涡轮、可变扭矩管理等新技术的应用密不可分，今天我们就一起认识一下“可变”的涡轮增压发动机。

一、偏时点火

上世纪80年代，越来越多赛车、市售性能车竞相透过使用大A/R值涡轮增压器换取更强大动力，但副作用就是涡轮增压器叶轮转动惯性大了，在发动机低转速域排气脉冲较弱或是在收油门后再加速时加速反应会特别滞后，导致所谓的涡轮迟滞现象出现。

为此，各家车厂纷纷研发可缓解涡轮迟滞、名为ALS（Anti-lag System）的系统，有的是打旁通气压到排气歧管，有的是增加混合气浓度，而这里我们以三菱标志性的Misfiring System偏时点火系统来举例。

偏时点火的核心基础，在于运算能力更强大的发动机控制电脑。有别于一般车辆不踩油门喷油嘴就不供油的工作逻辑，系统反而在这时还会适当地往气缸内喷油。但火花塞不会急着在爆炸行程就点燃汽油，而是在运转到排气行程、排气门已经打开，多数汽油被推入排气芭蕉时才点燃汽油，于是爆炸就会在排气芭蕉段内进行，而非汽缸内。

看各路狠人“放炮”

（up：Motobooks）

这样特别的后端燃烧有何目的呢？简单来说，就是依靠爆燃使涡轮增压器叶轮时刻保持高速运转，驾驶员收油再重新踩踏油门加速时，涡轮压力就能立马就能上来，迟滞的问题就迎刃而解了。

放在今天，要实现偏时点火其实难度一点都不高，为什么如今几乎没有多少搭载此功能的发动机呢？原因也很简单，由于涡轮增压器需要长时间在高温、高转速环境下工作，使用寿命会大幅缩短；由于爆燃是在排气芭蕉段进行，因此经常出现炫酷的排气管喷火现象，虽然对于我们来说是享受，但带来的噪音已经不符合现代汽车的文明气质……第一个理由就更不用说了，谁喜欢常常花大钱换修涡轮增压器呢？

二、VGT可变几何涡轮

对于涡轮增压发动机来说，在不同的发动机转速下对涡轮转子的负荷需求其实也在变化，这跟不同速度下需要不同齿比的挡位的道理是一样的。

简单来讲，在低转速时，工程师希望有个低惯性的小尺寸涡轮以便更易启动，从而缓解涡轮迟滞；但随着转速越来越高，小涡轮对于增大的废气流量来说偏小了，不仅浪费较多的废气能量，更会导致发动机效率降低，因此需要大尺寸的涡轮转子来充分利用排放的大气流，减少排气回压和提升增压效果。

如果仅靠一个尺寸固定的大涡轮，需要通过主动调节叶片的角度来实现对气流的控制。值得一提的是，涡轮增压柴油发动机的排气温度普遍较低，所以很早就用上VGT技术；而涡轮增压汽油发动机的排气温度可高达1000℃，长时间耐高温材料又很贵，以至于直到21世纪才有量产车用上VGT技术，保时捷就是代表之一。

VGT技术简单演示

（up：我行车行的小视频）

对比996代911 Turbo和997代911 Turbo两款车的发动机，便能知晓VGT技术的好处。这两款发动机虽然用的是同一套缸体，但M97.70不仅性能更强，且在更低的转速就能达到扭矩峰值，因为它拥有博格华纳出品的VGT大尺寸涡轮。只不过，保时捷把这玩意叫作Variable Turbine Geometry可变涡轮几何而已。

三、VC-T可变压缩比

我们都知道，发动机的压缩比越大，汽缸内的混合气自然就能燃烧得更加充分，燃油经济性便越好。这意味着，可通过提高压缩比来改善涡轮增压发动机的燃油经济性与排放。

但是，高压缩比会抬高汽缸内的温度，这对于燃烧温度本就偏高的汽油发动机来说反成安全隐患，所以涡轮增压汽油发动机的压缩比又不能太高。如何两全其美？工程师想出了可变压缩比技术，使发动机可根据负荷状况自行调节压缩比。

日产VC-TURBO发动机的压缩比可以在8.1-14.1之间无级调节，当在低、中速发动机负荷较低时维持在较高的压缩比，大幅提高发动机燃烧效率；当全油门加速或高速巡航等发动机负荷高的情况下将压缩比调低，让发动机更安全稳定地运转，避免爆震的情况出现。

可变压缩比技术原理

（up：西红柿车评）

截至目前，也就萨博、日产、标致雪铁龙3家汽车制造商展示过实用的可变压缩比发动机，其中也只有日产造出量产机型。在2005年拿到VCR可变压缩比发动机结构专利后，日产一直等到2018年才将搭载可变压缩比技术的发动机KR20DDET量产。

根据日产的数据，VC-TURBO发动机在100km/h等速工况下的油耗能降低13%。而相比日产上一台2.0T发动机SR20DET（搭载在Bluebird SSS、Pulsar SiR、Silvia等车上），全新天籁的2.0T VC-TURBO发动机在性能和易驾性上都全面领先。

四、可变增压值管理系统＋新型IHI涡轮增压器

当涡轮增压发动机总算搞定缩减涡轮迟滞、改善油耗与排放等“任务”后，自然吸气发动机的拥趸们却又抛出新的难题：响应时间。不过，法拉利F154CB发动机似乎已经解决这一问题，因为它拥有Variable Boost Management可变增压值管理系统。

这是一套根据强大电脑运算能力，透过控制排气压力等方式来调整IHI涡轮机的叶轮转速，非常实时的控制发动机扭矩输出曲线，使发动机在每个挡位都能获得充沛扭力。

因此，法拉利只用一年，便让California T上那台仍能感觉到涡轮迟滞的F154BB蜕变成2000rpm以上的油门响应速度与自然吸气发动机水平相当的F154CB，赋以488 GTB游刃有余的动力性能。来到2018年，488 Pista搭载的F154CD更已拥有可媲美法拉利自家自然吸气V12发动机输出特性的扭力曲线。

除此之外，不仅性能更强、更快达到扭矩峰值，还能有更好的燃油经济性。比如，同样在城市拥堵路段，搭载F154CB的488 GTB的油耗为16.6L/100km，而使用F120A的F40的油耗却高达19.2L/100km，虽然这并不完全是可变扭矩管理系统的功劳，但它在里头起到的作用却是不可或缺的。

今天，我们介绍了各种和涡轮增压发动机息息相关的各种可变技术，但就那么多了吗？不！下期我们还会带来更详细的试驾体验。

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