最近网络热传的一篇文章《日本人发明了涡轮增压,为什么自己不用?真相吓死你!》称,大众系列配置涡轮增压发动机的车容易自燃:这就是一块烧红的铁,不出事故则已,一旦燃油泄漏,沾上高温工作中的涡轮增压器,瞬间高温会引燃汽油,继而导致爆炸。如果你家的车用的就是配置涡轮增压发动机,这种担忧有没有必要呢?
1. 涡轮增压是日本人发明的吗?有哪些优势和劣势?
专家解答:实际上,涡轮增压器不是日本人发明的。早在1886年奥托(Otto)发明四冲程发动机以后,他就对“增压”进行过多次尝试。1905年瑞士工程师布希(Alfred Büchi)博士,申请了一项专利。他提出一种发动机,包括一台轴流式压气机、轴流式涡轮和一台四冲程柴油机,将三者连接到一根公共轴上。这是一种体现“复合发动机”原理的装置,其目的在于充分利用往复式发动机排气中通常被浪费的可用能量。
经过一段时间试验后,1915年布希博士又申请一项经过修改的专利,压气机与涡轮仍直接连接到一根轴上,但与柴油机脱离机械连接,在这里首次提出了涡轮增压器的概念。
当时涡轮增压器主要应用于飞机发动机和坦克发动机,直到1961年美国通用汽车公司才将涡轮增压器试探性地装在其生产的某种车型上。20世纪70年代成为了涡轮增压器的一个转折点,装配增压发动机的保时捷911问世。但让涡轮增压技术焕发青春的非萨博公司莫属,它于1977年推出的SAAB99车型,将涡轮增压技术传播得更广泛,但那时的涡轮增压器仅限于装配在小车的汽油发动机上面。直到上世纪80年代中期,欧美的卡车制造商才将涡轮增压技术应用在各自的柴油发动机上面,而国产车是在最近10年才开始逐渐流行带涡轮增压器车型的。
涡轮增压器的优势有以下几点:
1.相对于发动机而已,增压器的重量不大,而增压后可使发动机的功率大为增加,因而增压能减小发动机单位马力的重量;
2.在相同功率下,由于增压方法能减少发动机的尺寸和重量,因而可降低发动机的制造成本,减小安装面积,节约维修费用;
3.由于润滑油消耗量和非增压时基本相同,因而使单位马力的润滑油消耗率显著下降;
4.由于提高了发动机的机械效率及回收了排气能量,可使燃油消耗率降低;
不过涡轮增压器的劣势也值得我们注意:
1.在经过了增压之后,发动机在工作时的压力和温度都大大升高,因此发动机寿命会比同样排量的非增压发动机要短,而且机械性能、润滑性能都会受到影响,这样也在一定程度上限制了涡轮增压技术在发动机上的应用。
2.涡轮增压器的另一个缺点是动力输出反应滞后。由于转子的惯性作用,叶轮对油门的骤时变化反应迟缓。从踩油门到叶轮高速转动将更多空气压进发动机之间,存在一个时间差。
2. 日系车极少使用涡轮增压,是事实吗?
专家解答:这种说法不大可信,涡轮增压器在很多日系车型都有应用,如铃木锋驭、雷克萨斯NX、斯巴鲁傲虎、英菲尼迪ESQ、斯巴鲁森林人、日产GTR、雷克萨斯IS、斯巴鲁力狮。只不过,涡轮增压技术在日本则主要应用到高性能跑车,其中最具代表性的就有:日产的SKYLINE GT-R、三菱枪骑兵EVOLUTION、斯巴鲁翼豹 WRX STI、丰田SUPRA,以及马自达的RX-7等。
丰田SUPRA
日系跟欧系的车使用涡轮增压的目的不同,日系车的涡轮增压发动机多应用在运动型车上,而欧系车大多运用在民用车上。
3. 涡轮增压的风险有什么?网传的配置涡轮增压发动机的车易自燃是否真实?
专家解答:我们应该注意到的风险主要有:在经过了增压之后,发动机在工作时的压力和温度都大大升高,因此发动机寿命会比同样排量的非增压发动机要短,而且机械性能、润滑性能都会受到影响。
网文提到某发动机达到1000马力(约为725KW),能达到如此大功率的汽车是很少的(可能是超级跑车,如布加迪威航),普通汽车的功率一般为两百千瓦左右,所以网文提到1000马力的发动机,达到上千摄氏度的高温,对普通汽车并没有普适性。
另一方面,无论是加装涡轮增压器还是非增压自然吸气的发动机,只要发动机在高转速运转,排气管的温度就有可能达到上千摄氏度,如果遇到漏油就有可能会燃烧。这并不是只有加装了涡轮增压器的发动机才独有的现象。
4. 普通人选车,选择涡轮增压配置是否经济合适?
专家解答:从经济上来说,涡轮发动机究竟是更费油,还是更省油?这个问题相信不少人觉得困惑,因为不少厂商宣传他们的涡轮发动机时,都提到了经济省油。事实上,涡轮这技术本身是为榨取大马力而诞生的,在有限的排量限制下,获得超过其排量的动力输出,是这项技术诞生的出发点。所以同排量对比,一台1.8T带涡轮的发动机,其油耗肯定高过1.8L自然吸气发动机。不过现在人们转变了思维的角度,以同等动力输出而不是同等排量来比较,涡轮发动机因为排量更小,所以在涡轮不全力工作的状态下,它可能比同等动力水平的自然吸气发动机更加省油。
比方说,一台1.8T发动机动力水平相当于另一台2.4L自然吸气发动机,彼此都全力工作时,大家的油耗可能差不多;但当这两台发动机在90km/h等速巡航这种低负荷工作时,1.8T发动机的涡轮由于未充分介入工作,这时气缸内部实际工作排量只有1.8L,而另一台自然吸气发动机工作排量始终为2.4L,这时候1.8T带涡轮的比2.4L自然吸气的更省油就不足为奇了。换句话说,自然吸气发动机的油耗是比较稳定的,而涡轮增压发动机的油耗,则要视其工作状态(也就是驾驶方式)而定,涡轮增压系统工作得多,油耗就高,反之油耗就低。
参考文献:
[1]涡轮增压器原理、结构和使用,于世元编译,国防工业出版社
(采访专家:北京航空航天大学交通科学与工程学院李兴虎教授、曾文博士,原创作品,未经许可,请勿转载)
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