增壓的爆發

JETHRO BOVINGDON

經典的發動機成就了那些令人難忘的汽車，就是這么簡單。邁凱倫F1，也許是它們當中最令人難忘的，它以前所未有的變革的姿態充分展現了工程師的天賦，但最終給人們留下深刻記憶的是那部6.1L V12發動機。這是當時同級別中經典中的經典發動機，雖然它噪聲很大，可動力反應準確而迅猛，使它成了那個時代發動機的標桿，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秀的發動機而得到了原諒，如法拉利的Testarossa就是這樣一部車。實際上，近代一些匹配了V6發動機的阿爾法、瑪莎拉蒂4200GT，還有更多的車都是一樣。我們需要高性能的發動機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定哪些才算出色的發動機，但是這里卻有一些決定性的因素，對于大部分出色發動機來說都適用。對于它們來說，沒有出色的品質是絕對不成的，當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，F40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，發動機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所爆發出的炙熱能量，或者E92 M3在極限狀態下，在頃刻之間就能強烈感受到比渦輪增壓所帶來的強大扭矩快百倍的扭矩爆發。

但是我們并不想是這樣，被指責成反對技術革新的人，我們很想去擁抱新一代的偉大發動機——偉大的渦輪增壓發動機。為什么？好，我們現在已經沒有選擇的余地，那么就讓我們希望沿著偉大工程師的思路，去學習到自然吸氣發動機是如何黯然失色的。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隊負責人Willi Netuschil，還有阿斯頓·馬丁動力系統工程師負責人Dr Brian Fitzsimons博士來個溝通，關于開發渦輪增壓發動機所帶來的挑戰與機遇，它所帶來的最大利益，還有未來的技術。

首先，先看看發動機本身。布加迪的這款W16發動機排量達到了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。這款發動機的數值很出色，其最大功率在6700rpm時達到了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%。其進氣渦輪直徑達到了74mm，排氣渦輪直徑達到了64.4mm。看看對手們怎樣，日產的GT-R渦輪增壓器進氣渦輪直徑是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以顯著減少渦輪遲滯。當發動機轉速從怠速650rpm到3800rpm時，Chiron會利用全部的排氣只驅動4個渦輪增壓器中的兩個，使這兩個增壓器飛速地旋轉，并快速進入工作狀態。當超過以上發動機轉速區間時，所有4個增壓器同時進入工作狀態。

DB11使用了新的5204ml V12發動機，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發動機在6500rpm時可以爆發出448kW，而從1500rpm一直到5000rpm持續輸出峰值扭矩700Nm。這款渦輪增壓器來自日本，進氣端葉輪直徑達到了68mm，廢氣端驅動葉輪的直徑達到了56mm，增壓器的最高轉速達到了152000rpm。這款發動機還采用了一側缸體停缸技術，以提升燃油效率和減少廢氣排放。

阿斯頓·馬丁動力系統工程師負責人Dr Brian Fitzsimons博士講起DB11的這款新發動機是那么的熱情洋溢，并且充滿了驕傲感，聽他充滿激情地介紹這款發動機的開發過程也是很刺激我們的求知欲望的。“第一步決定是我們還要堅持V12發動機”，他打開了他的話匣子，“因為環境保護的原因，對于大排量發動機而言還是很苛刻的。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。”

所以這一決定首先就被實用主義觀點所驅動，常規高效率的方法便是控制排量，Fitzsimons解釋道：“為了實現這實用主義計劃，也就是說得到了一個可以將發動機做得稍微小一點的機會，于是我們縮小了發動機的尺寸，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。而另一個巨大的機會是，如果你能設計出在發動機低轉速時獲得更大的扭矩，你就能夠使用更多擋位變速器，也就是說如果發動機在相當低的轉速運行時就能夠提供足夠的扭矩，在常規駕駛時就會非常省油。常稱作以超速擋行駛。”

這并不是讓那些狂熱追求者發自內心贊美的關鍵所在，但我們確信出色的發動機讓一切更美好。“讓我們先來處理一些反饋吧，”當我表示出對Fitzsimons先生在開發渦輪增壓發動機的拼搏充滿敬意時他變得更加熱情。“這是一種看法，是在某些情況下的現實，小排量高增壓發動機在響應上不會像大排量自然吸氣發動機那么出色。我們承認這點，所以我們爭取在同級中做到最好，對我們自己設定了有進取心的目標。第二，我們并沒有將發動機的排量減小太多，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發動機發揮得更出色。所以當我們設計增壓器系統和進氣路徑時，我們的目標是在自然吸氣情況下它的表現就要盡可能地好。大家的工作都圍繞在這個清晰的目標上。”

阿斯頓·馬丁仔細考察著每件事情，從電子增壓器到機械增壓器，最終發現一對雙渦管渦輪增壓器提供了最佳的結果。

“我們的目標是得到可靠的，并且能夠被證實的技術。當前有很多新技術，但并不會得到像說明書上的完美結果。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6個氣缸更好的布局。另外6個氣缸的數字也是非常惹人喜愛，因為6個氣缸比5缸或4缸能夠更好地實現平衡，6個氣缸工作時能很好地消除渦輪高速旋轉帶來的振動，其他的一些振動也被輕松抵消了，使發動機運轉更平穩。增壓器關鍵之處是采用了低慣性渦輪，渦輪轉動慣量減小，響應變快，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行了精確控制。”

“發動機從轉速1500rpm開始便可爆發出700Nm的扭矩，這給底盤工程師帶來了挑戰，好在我們在發動機調校的取向上并不是嘗試去跟法拉利一樣，想要達到每一個擋位的驅動力輸出都得到增強，并且只是簡單地模仿出自然吸氣發動機的動力感覺。我們看看我們自己的這款發動機和法拉利488GTB發動機，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動機致敬，它們才華橫溢，”Fitzsimons說。“不過，我們和法拉利的發動機價值觀有所不同，我們得到了所有的扭矩，并使用了這些扭矩。這就是渦輪增壓發動機，一點不羞澀地證明了自己能夠帶來豐富的駕駛樂趣。它的全部將呈現在消費者面前。”

這就是一個姿態，那就是布加迪要證明的。當大家討論規劃Chiron的發展規劃時，工程師們的領導Willi Netuschil是非常死板的。“當3年半以前我們開始討論威龍的繼承者時，目標是創造一項新的世界紀錄（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。”當然是這樣。“在目標明確了以后，我們就研究不同的解決方案，包括混合動力系統，但是當調研結束之后，公司做出決定時，不僅重量超出了預期，也沒有人敢相信它將來能夠達到預期的最高車速。”

對于每個人來說，超越412km/h的預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，達到了精巧的變革。“首先，你要知道威龍在設計之初的發動機排量是8L，能夠產生出746kW的功率和1249Nm的扭矩。”Netuschil解釋道。“那意味著現在，如果使用相同的發動機，我們還需要另外50%的動力，所以我們需要重新設計發動機，并增加增壓器的尺寸。在做這一步的同時，也造成了發動機的動力響應時間的增加。現在遇到了很大的渦輪遲滯現象。于是我們開發了兩段式渦輪增壓器以減少渦輪遲滯。所以，在發動機怠速時我們使用了兩個渦輪增壓器，集中廢氣來驅動這兩個增壓器，渦輪轉速的提升會非常快。發動機的怠速轉速是650-700rpm，而在2000rpm時發動機即可達到最大扭矩輸出，從怠速到扭矩峰值只需要跨越1300rpm。”

這套系統能夠帶來像保時捷918 Spyder那樣動力瞬間爆發的效果嗎？Netuschil熱情而爽快地說出了他的觀點：“如果我駕駛一部最先進的LaFerrari混合動力車，可以從混合動力系統獲得最直接的動力爆發和迅猛的提速感。在前3m的反應會非常快——這里絕對不會給別人機會（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。”

也許電子渦輪增壓器很快會進入市場，它會實現快速反應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勢。但在常規車載電力系統下，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來驅動非常巨大的渦輪，那就需要匹配更大型號的發電機，也就是說你還需要混合動力技術的支持。我們也與我們的客戶做了許多討論，以現有的混合動力系統和當前的車載電力系統來說，沒有人能夠保證在未來20年內會發生什么。不過我們從我們的客戶那里得到了最清晰的建議——堅持內燃機動力。

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

確信當客戶收到DB11時一定會收到一份驚喜。“必然的，在發動機低轉速時，客戶可以明顯地收獲到更多的扭矩爆發，”他接著說，“然后會感覺到動力越來越猛，持續提升。當前有一些渦輪增壓發動機在發動機高轉速時不能得到動力峰值，我們的發動機將動力峰值延續到了6500rpm，我們還可以將它提升到7000rpm，它也不會出現喘不上氣的情況。”

布加迪Chiron允許某種受到制約的瘋狂駕駛。當Netuschil回憶起第一次駕駛Chiron時，他實事求是的表達被自己抱有懷疑的笑聲打斷了。“我駕駛擁有746kW的布加迪威龍去Ehra- Lessien 測試場，測試Chiron的原型車，當我又回到威龍上時，我迷惑地認為發動機一定出現了什么問題，再仔細一想，沒有問題，只是坐上了不同的車。”

難以理解。現在我們只需要看到的是駕駛體驗是否能與它開發時對駕駛性能的定義相匹配。