Q&A信箱

李尔欣

为解决涡轮迟滞，知道车厂有多努力吗？

性能控们总是抱怨涡轮增压发动机的响应不够积极。但事实上，针对涡轮迟滞，从过去到现在，以及看得见的未来，各大车厂一直都在很努力地探索解决方案一以至于随便列几个现成的，都得分两期来讲……

涡轮迟滞的解决方案

Q 编辑老师好！预计在9月法兰克福车展正式亮相的Mercedes-AMG Project ONE超级跑车，据说会专门用1台电动机来驱动涡轮增压器。请问这是真的吗？这么做又有啥好处？

A 关于Mercedes AMG Project ONE的动力系统，AMG管理委员会主席Tobias Moers在接受英国媒体采访时透露，这款搭载F1赛车动力单元的Hypercar将配备4台电动机。其中，左右前轮各由1台电动机驱动，而发动机的曲轴和涡轮增压器则平分剩下的2台电动机。至于为涡轮增压器配电动机的理由，如无意外，那应该是用来解决涡轮迟滞的。要问什么是涡轮迟滞？相信在网上不难搜到答案。不过，在这再啰嗦一遍也无妨：众所周知，涡轮增压器是通过发动机排出的废气来推动涡轮机旋转，再带动与其同轴的压气机，从而实现进气增压的。然而，涡轮转子是有惯性的，其旋转速度不可能与节气门的变化相同步，必然有所滞后，这就连累整个涡轮增压器的响应时间都被拖延。而从节气门发生变化到涡轮增压器真正响应所需要的时间，便是turbo lag，亦即涡轮迟滞。涡轮迟滞会严重影响车辆的操控体验，比如瞬时响应特性较差，以及突然变化的动力输出令司机措手不及……，不胜枚举。虽说只要让涡轮转子更易推动，或者用外力直接驱动涡轮以跟上油门的节奏，就能有效缩短乃至消除涡轮迟滞。但说时易，做时难，直到今天，汽车制造商们都还在摸索最完美的解决方案。不如借此机会，咱们找几个代表来总结一下，看看现在已有哪些主流的涡轮迟滞解决方案。

方案一：多涡轮（奔驰M279发动机）

偏时点火系统固然能有效地预防涡轮迟滞的发生，但显然不适合讲究耐用性、经济性等实际使用需求的量产车。对此，车厂给出的解决方案，居然是用上更多的涡轮！比如现役Mercedes-AMG发动机阵列里的旗舰——M279发动机，就用并联的2个涡轮增压器分别为两边6个汽缸提供压缩空气，再通过优化涡轮增压器的螺旋截面积，以及进气歧管的流体学特性等细节，使涡轮转子更易驱动，从而让发动机在2300rpm即可输出1000Nm的峰值扭矩。要知道，LaFerrari那台排量6.3升的自然吸气V12发动机，也得等到6750rpm才能迎来它那700Nm的峰值扭矩。

简单来讲，这类采用多涡轮布局的解决方案，其核心目的就是让一部分涡轮先转起来，以此减少发动机整体的涡轮迟滞时间。如果是串联结构，那必定是越小的涡轮排在越前面，再让它们随着发动机转速的上升，从前往后依次介入；若是并联，则肯定会用2组同等规格，并且容易启动的涡轮增压器，只要先点火那组汽缸的涡轮度过迟滞阶段，发动机即可进入增压模式。当然，用再多的涡轮也无法消除涡轮迟滞，只能尽量缩短而已。而且涡轮太多还会让发动机结构过于复杂，进而衍生出各种问题。所以，对于排量较小的发动机，厂商得用其他手段去搞定涡轮迟滞。

方案二：偏时点火（三菱4G63T发动机）

随着“嘭、嘭”两声，排气管喷出一阵火焰，赛车绝尘而去……这是昔日三菱Lancer EVO Ⅲ在WRC赛场上的经典场景。现在当然知道EVO Ⅲ之所以会喷火，是因为它配有misfiring system，也就是偏时点火系统。

每当车手收油门时，EVO Ⅲ的偏时点火系统就会主动使用独立的油泵往排气歧管内喷射汽油；同时，涡轮增压器的压气机也通过旁通阀向排氣歧管注入空气，使雾化的汽油能在排气歧管内的高温下自动爆燃，由此产生足以推动涡轮转子的压力波，从而让涡轮转子维持之前的高转速，以免转子的转速因发动机排气脉冲减弱而降低，以至于再加油时出现涡轮迟滞；而爆燃产生的火焰则通过排气管喷出车外。

不过，EVO Ⅲ的这套PCCS后端燃烧控制系统严格来说并非“正宗”的偏时点火系统。更为传统的方案是让尚未作功的可燃混合气先从排气门出去，然后再点火，使可燃混合气在排气歧管内爆燃产生压力波。这种一旦发动机的废气脉冲下降，就在ECU车载电脑的控制下，使可燃混合气在排气管内燃烧，并产生压力波来维持涡轮转子旋转的系统，通常称为anti-lag system防迟滞系统，最早用于配备大涡轮的F1赛车；但由于很难达到排放、油耗等环保标准，还影响汽缸与排气管的寿命，所以并不适用于原厂量产车；即使是为满足WRC规则而定制的街道版三菱Lancer EVO和斯巴鲁WPX STi，也仅配备部分日规车型，并在出厂设定中将其关闭。

方案三：双增压（大众1.4TSl发动机）

能给1台直列4缸发动机装上2套增压系统，大众EA111系列的1，4TSI发动机自然一亮相就备受瞩目。当时，这款1.4 TSI发动机同时具有机械增压和涡轮增压2套增压系统。发动机启动后，在低转速时，由曲轴直接驱动的机械增压器率先进行吸气增压，即便此时涡轮增压器尚在涡轮迟滞阶段，也不会影响到发动机的整体增压效果；而到高转速区，则由2套增压系统共同为发动机提供进气增压。因此，1.4 TSI发动机拥有相当积极的动力响应，仅1750rpm就已达到220Nm的扭矩峰值，并可适配多个级别的车型。

但由机械增压与涡轮增压组成的双增压系统却非源自大众，早在20世纪80年代，蓝旗亚Delta S4 Stradale就已试过类似的双增压系统。即便在当下，应用双增压系统的也不止大众一家，如沃尔沃T6系列的2.0T发动机就采用相同的双增压系统。可在10多年前，大众要在如此紧凑的发动机缸体上布置2套增压系统，得付出极其高昂的生产成本，以至于双增压版1.4 TSI最终只能昙花一现。而随着涡轮增压技术的进化，只靠涡轮增压器也能实现相同的增压效果，比如单涡轮增压的EA21 1系列1.4 TSI发动机就有250Nm/1750～3500rpm的扭矩。未来，双增压的生存空间也许会更小。

方案四：双涡管单涡轮（宝马N20发动机）

前些年刚开始流行“小排量涡轮增压”时，宝马顺势推出N20系列发动机。但让人意外的是，宝马用这款2.0T发动机先后取代2款直列6缸自然吸气发动机：沿用多年的N53和N52。区区4缸发动机，何以如此犀利？就凭那身“黑科技”！而在这些“黑科技”里头，就有宝马称之为Twin Scroll的双涡管单涡轮技术。应用双涡管单涡轮的N20，可以在1250rpm即输出最大扭矩，并一直维持到4800rpm。说实话，这种动态范围与响应速度已堪比自然吸气发动机，足以让人忘记涡轮迟滞的存在。

相比傳统的单涡管，双涡管的主要优势在于能够避免点火顺序相邻的两个汽缸互相干涉进排气。在单涡管设计中，所有汽缸的排气歧管都被汇聚在一起，这会让部分废气从汽缸的排气门出来后，经由相通的排气歧管底部，进入隔壁汽缸稍后打开的排气门，以至于该汽缸在下一循环里不能充分进气，进而导致发动机的输出功率下降。相反，双涡管则接点火脉冲的不同，将排气歧管分成2组，再随点火顺序依次排气，从而避免出现进排气干涉。顺便一提，双涡管单涡轮应该是宝马在吸取N54单涡管双涡轮的经验后推出的新设计，并率先用在N55身上，大获好评后，才交给4缸的N20去发扬光大。而随着通用、现代等多家制造商先后跟进效仿，双涡管技术显然已成为解决涡轮迟滞的主流方案。