SUV的直喷涡轮增压时代来临?
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- 发布时间:2012-08-03 17:28
——直喷涡轮增压对SUV的意义
在轿车领域,配备直喷涡轮增压发动机的车型已经越来越多,并且其逐步显现出的竞争力。然而直到目前,采用直喷涡轮增压发动机的SUV却并不算多,并且仅有的几款也都是上市时间不长的新品。
轿车领域的发动机“变化”,正在逐步影响SUV领域。从许多信息可以看出,未来将会有越来越多的SUV车型采用直喷涡轮增压发动机。例如刚刚闭幕不久的北京车展上,宝马X3的展车虽然名字虽然还是28i,但发动机已悄然由3.0升直列六缸自然吸气换成2.0T直喷涡轮增压,换装2.0T低功率版发动机的X3 20i也于不久前上市。就在即将截稿的当口,福特锐界也推出了2.0T版本。另外还有福特的翼虎、翼搏,搭载均为直喷涡轮增压发动机。在可预见的未来,还会有越来越多的SUV加入到这个阵营。
直喷涡轮增压技术到底适不适合SUV。如果适合,为何在轿车领域早已比较普及的的情况下,SUV领域的普及率却不高;如果不适合,那么为何现在越来越多的厂商却在尝试为SUV搭载直喷涡轮增压发动机?这些将在本文中一一解读。
早期并不适合SUV——涡轮增压的发展及特性
涡轮增压技术诞生的时间并不算晚,但它在普通民用轿车领域普及的时间却不长,这与涡轮增压技术本身的特殊性有关。虽然涡轮增压技术并非本文解读的重点,但还是有必要提一下它的发展和特性。
涡轮增压是增压技术的一种。所谓增压,主要区别于自然吸气,它采取的是一种强制进气的方式。通过强制进气,可以在同样的汽缸容积内“压入”更多的混合气,从而在同等排量下获得更强大的动力。
涡轮增压是通过排气能量推动涡轮来实现增压的。相比机械增压,它无需消耗发动机本身的能量,从而能获得更高的效率。由于转速越高排气能量越大,因此涡轮增压技术还可以更好地利用发动机高转速的工况,从而可以设计出升功率更高的机型来(如采用大涡轮)。与此同时,在涡轮介入的情况下,涡轮增压发动机可以获得相当平坦的峰值扭矩,也是寻常自然吸气发动机所不能比的。这种特性,在涡轮增压技术诞生的早期非常符合赛事需求,从而被广泛应用中赛车中。
既然这么好,那么涡轮增压技术为何早期未能普及呢?关键问题就在于涡轮迟滞。涡轮增压技术靠排气驱动涡轮。当排气能量不够时,涡轮将无法正常工作,此时发动机就只能相当于一台普通自然吸气发动机。而一旦涡轮介入以后,动力性又会呈现出一种“倍数增长”的态势。这种表现对于日常驾驶是难以接受的。试想一下,我们在平时开车时,想加速的时候动力先是肉得一塌糊涂,然后忽然动力倍增,车子就如同被弹射出去一般。一天开下来,车子都是这种表现,普通家用车主估计没有几个能吃得消。因此早期涡轮增压发动机在民用车领域,仅限于一些标榜运动的高性能车型(例如萨博、斯巴鲁)。
这个时候的涡轮增压技术应该说是不符合SUV需求的。此时的SUV主要的定位还是要具有足够的通过性。选择SUV的人群,更看重的是它的多功能性,而不是具有赛车的特质。因此涡轮增压加速猛这种特性,对于当时的SUV车主来说意义不大。相反,涡轮迟滞问题对于当时的SUV车主来说,则显得更加难以接受。可以想象一下,在我们走土路、过沙地之类的低附着力甚至容易陷车的路况下,动力如果总这么一会没有、一会特猛,其结果只会增加陷车的概率。
早期的涡轮增压技术不适合SUV,还因为可靠性的问题。可能不少人都听说过涡轮寿命的问题,这在早期涡轮增压发动机中的确存在,根源也在于设计不够合理。涡轮在高速运转下的转速极高,它的运转要靠机油进行润滑和散热。如果此时发动机忽然熄火,涡轮仍将保持高速运转,但对应的油泵已不工作,涡轮就得不到足够的润滑与散热,长期积累下来就会导致涡轮增压器的损坏。对于当时的SUV车主而言,对可靠性的要求要大大高于对动力性的需求,因此那个时代涡轮增压发动机不受SUV车主认可也就非常合理了。
直喷技术的加入成就了涡轮增压的普及
涡轮增压技术的逐步普及,就在于涡轮增压技术的进步。这其中,直喷技术的加盟非常重要。它所产生的特性,以及对应当前整个大环境的变化,不仅让直喷涡轮增压符合SUV的需求,而且其所带来的意义甚至比普通轿车还要大。
前面我们说了涡轮增压发动机在早期不适用民用车的问题,大家应该就已经能想到,现在的直喷涡轮增压发动机肯定是解决、至少是缓解了这些问题。没错。接下来我们就是要从技术的角度看看,它是如何缓解的。
涡轮增压技术要想提升功率很简单,很早期的涡轮增压发动机就可以拥有比目前最新一代涡轮增压发动机更大的升功率——只需加大涡轮,然后保证各个部件的足够强化,一台超大马力的涡轮增压发动机就能设计出来。也正是基于这一点,我们现在衡量一款民用车涡轮增压发动机技术的好坏,大可不必遵循“谁功率大”这个传统观念,而是应该将重心放在谁的涡轮迟滞小,以及谁的经济性更出色这两个关键点上。
前面说过,涡轮迟滞是制约涡轮增压发动机发展最核心的一个因素,这个问题直到目前也未能彻底解决,而只能说是大幅度缓解。那么新一代的直喷涡轮增压发动机是如何做到的呢?关于改善涡轮迟滞的技术,我们在过去曾经提到过,其中包括采用更轻量化的涡轮、减小涡轮尺寸、采用可变翼的涡轮增压器、采用双涡轮增压等等各种方法。这些方法在涡轮增压发展的历程中一直在演变,它并没形成一种革命性的变化,鉴于本文的主题,这里就不赘述了。
真正让涡轮增压发动机得到大面积普及的,是在于直喷技术与涡轮增压技术的结合。在这里,我们有必要进一步剖析涡轮迟滞产生的原因。除了前面所说的因素以外,还有一点很重要。由于涡轮增压发动机采用的是强制进气方式,因此在同等压缩比的情况下,混合气实际的“压缩比例”是要比自然吸气发动机高得多的。如果此时涡轮增压发动机仍采用与自然吸气发动机一样的压缩比设计,就很容易产生爆震。因此绝大多数涡轮增压发动机的压缩比都要比自然吸气发动机小很多。这就意味着一台涡轮增压发动机在涡轮介入之前,其实际的动力比不少同排量的自然吸气发动机还要弱。介入前的“弱”和介入后的“强”,无形中就增加了涡轮迟滞的表现。
限于篇幅,关于直喷技术的原理我们这里就不展开说了,大家可以关注我们今后的文章。可以确定的是,直喷技术喷油精度更高、更智能,从而可以实现更大的空燃比,有效避免在高压缩比情况下的爆震问题。它与涡轮增压技术结合可谓是相得益彰——它可以让涡轮增压发动机获得与普通自然吸气发动机类似甚至更高的压缩比。那么在涡轮介入之前,只要在喷油浓度上做好精准控制,它就完全可以获得甚至超过同排量普通自然吸气发动机的动力。如此一来,涡轮迟滞就变得更加不明显了。
除了缓解涡轮迟滞以外,直喷技术和涡轮增压技术的结合更大的妙处还在于经济性。事实上这也是当前直喷涡轮增压越来越普及的重要原因之一。喷油精度更高、同等动力的情况下喷油更少,燃烧效率更高等等这些,都意味着会更省油。还有一点别忘了,涡轮增压技术本身也是一直提升燃烧效率的技术——由于混合气的“压缩比例”更高,无形中等同于自然吸气发动机提升了压缩比,这自然也是有利于经济性提升的。
SUV定位的转变以及油价的上涨,让直喷涡轮增压更符合SUV的需求
虽然相比过去,涡轮迟滞有了明显缓解,但在越野工况下,涡轮增压发动机肯定还是不如自然吸气发动机的。另外,现在新一代的涡轮增压发动机在涡轮冷却方面采用了更好的技术,大大提升了涡轮增压发动机的可靠性,但也只是缓解,其可靠性还是比不上自然吸气发动机的。因此涡轮增压发动机之所以未来会在SUV领域大行其道,与SUV本身的定位变化,以及油价等大环境变化有关。
看看目前SUV市场的表现就可以看出公路型SUV与越野型SUV在需求上的差异,前者明显要高于后者。也就是说,现在市场的主流SUV都已经是公路型SUV了。选择SUV的人群,也由过去追求越野,开始渐渐变得只是为了样子休闲,主要的用途还是在城市和公路。这种变化,让人们对于SUV的特性产生了根本性的变化,从而也影响到了技术的变化。这其中直喷涡轮增压就是很重要的一环。
如果选择SUV却不经常去越野,那么涡轮增压发动机的这些缺点就显得不再突出了。偶尔走个乡间小路或者只是郊游的时候偶尔下个土路什么的,涡轮增压发动机应付起来并不会有什么问题。由于很少会开车去人迹罕至的地方,可靠性的问题也就变得不那么重要。而相应的,直喷涡轮增压发动机的优点,对于SUV来说有时候会显得比轿车还有意义。
从性能来看,SUV身大体沉,因此对动力的消耗也大。尤其是对于四驱SUV而言,其动力性一般都要明显逊于配备同等发动机的轿车。直喷涡轮增压发动机就能很好的缓解一问题。对付身大体沉的车,发动机的哪个特性更重要?没错,是扭矩,而非功率。这恰好是直喷涡轮增压发动机的强项。大家可以留心一下数据,绝大多数的直喷涡轮增压发动机都是以扭矩大见长的。例如新的X3 28i那台2.0T发动机,虽然功率比不上现款28i的3.0升直六,但扭矩却能胜出40牛?米。还有如途观的1.8T发动机,118千瓦的功率也就比一般的2.0L强一点,但250牛米的扭矩却可以与2.7L的汉兰达相当。不仅如此,直喷涡轮增压发动机的扭矩峰值在很低的转速下就能获得(如途观1.8T仅需1500转,宝马的2.0T更是仅需1250转),这种特性可以大大缓解SUV身大体沉所带来的动力不足问题。
经济性的重要性就更不用说了。许多人喜欢SUV但最终放弃的一个重要原因就是SUV油耗高。直喷涡轮增压技术在这方面的优势,也可打消这种顾虑。随着油价越来越高,这种特性产生的竞争优势会越来越明显。事实上,这也是直喷涡轮增压技术越来越受到更多厂商认可、越来越普及的最核心的原因。
结论:
看到这里,是不是我们接下来选择SUV就非直喷涡轮增压不可呢?当然不是。至少现阶段不是。虽然有了长足的进步,但直喷涡轮增压技术仍处于进一步完善的过程中。文章中所说的那些缺点,如涡轮迟滞、可靠性等问题,只是相比过去好了很多,但并未达到完美无缺的程度。因此大家在选择车型的时候,还是应该遵循自己的用车需求来。例如对动力没有什么特别需求,或者平时开车不多并不太在乎油耗的消费者,选择更稳定、更平顺的自然吸气车型仍然是更合适的。
