直喷涡轮增压的魅力

　　直喷涡轮增压到底好还是不好，过去一直是存在一些争议的。从全球的厂商来看，之前就分为两大阵营：以欧美厂商为代表的阵营力推直喷涡轮增压；而日系厂商却并没有同步跟进，依然是自然吸气发动机的有力倡导者。

　　厂商的分化无形中会影响到人们的视角和观点，因此一时间有认为直喷增压好的，也有认为自然吸气好的。这一情况在SUV领域显得尤为突出，特别是城市SUV过去的主流配备一直是自然吸气。

　　然而最近一段时间以来情况有了变化。首先是之前坚持自然吸气的阵营开始出现明显分化。例如：本田最近就发布了一系列的VTECTURBO发动机，从1.0L、1.5L到2.0L都有，统统采用直喷涡轮增压；丰田在更早的时候，也表示将在2014年推出直喷涡轮增压发动机，并装配在RAV4等车型上。其次，之前的直喷涡轮增压阵营有进一步强化之势。例如：大众就放出消息，未来将用直喷增压全面取代自然吸气；其他各路厂商，直喷增压机型的普及率也越来越高。再次，在售的车型中，直喷涡轮增压的SUV也渐渐变得多了起来。例如：途观、翼虎、翼搏、新胜达、森林人，以及刚刚上市的哈弗H8等等。很显然，从目前的趋势看，直喷增压已经占据了压倒性的优势。再争论直喷增压与自然吸气谁好谁坏已没有太多意义了。那么，直喷增压到底好在哪儿？它为何直到现在才被得到广泛认同呢？

　　解读这个问题之前，还得先从涡轮迟滞说起

　　涡轮增压技术很早就有了，这种技术本身就算是一大创举。在研究发动机技术的时候，我们会发现自然吸气发动机会有很多有利于进气的技术。例如：优化进气口、优化进气歧管，甚至设计可变进气歧管以充分利用气流共振来增加进气量。喜欢改装的朋友都知道，换装类似冬菇头这样的空滤，目前就是为了进气更顺畅。所有这些努力，都只会是量变而非质变。涡轮增压则不同，它是通过涡轮产生的高速气流来实现强制进气，也就是空气不是发动机“吸”进去的，而是靠涡轮“压”进去的。可想而知，这样的进气量远非“吸”气可比。最后的结果就是，一台2.0T的发动机“压”进去的混合气，与一台2.5L的发动机相当，从而让一台2.0L的发动机在涡轮增压的辅助下，实现了与2.5L发动机等同的性能。不仅如此，由于相同的混合气在排量更小的发动机内工作，被压缩的比例更大，从而可以实现更高的燃烧效率，对于油耗和排放的提升也有帮助。更难得的是，所有这些“增压”的能量均来自于“没有用”的废气，因此它不会增加发动机的负担。从理论上来说，这种技术本身就应该要比自然吸气完美得多。换句话说，涡轮增压从一开始就应该取代自然吸气。那么，为什么涡轮增压这么多年都没做到这一点呢？

　　有人觉得是可靠性的问题，因为早期的涡轮增压发动机故障多是事实，但这绝非根源。众所周知，每一种新技术出现的时候，都伴随着诸多的可靠性问题。例如：发动机相关部件强化得不够，承受不了增压后的工作环境；涡轮增压器的材质不够好，或者温控、润滑等方面做得不到位，导致涡轮增压器容易损坏等等。但这些都不是无法解决的问题，事实上，后期的涡轮增压发动机可靠性已经可以媲美自然吸气发动机了，但依然有很多人不能接受涡轮增压，这是为什么？

　　没错，困扰涡轮增压发动机最大的问题就是迟滞，而且这个问题在直喷涡轮增压出现之前，就未能很好地解决。

　　所谓涡轮迟滞，主要指的是涡轮介入前后的动力差问题。涡轮增压发动机的涡轮是靠废气推动的，如果废气流速不够快的话，涡轮就不能达到设计转速，从而无法实现增压的效果，此时的涡轮增压发动机比同排量的自然吸气发动机还弱。一旦涡轮介入以后，发动机的动力性又会有一个迅速的拔高。从发动机的表现来看，就相当于转速低的状态下，车子的动力性很差，而当到达涡轮能够启动的转速点时，动力又会陡增。这种问题对应到驾驶感受，就是动力输出极其的不平顺。尤其是在拥堵路段驾驶时，会让驾驶者一会儿油门一会儿刹车的无所适从，最后给出的评价就是“不好开”。不要小看这一点，这种评价对于普通家用车来说可以算是致命的。因此在相当长的一段时间内，涡轮增压发动机仅适用于一些赛车、运动型车，而不能广泛出现在家用车型上。

　　压缩比问题是困扰涡轮迟滞的一个重要因素

　　我们知道了涡轮迟滞的原理，那么有两个方向可以缓解涡轮迟滞：一个是努力让涡轮更积极的工作，也就是在更低的转速下让涡轮启动，这可以通过优化涡轮材质、减小涡轮尺寸来实现；另一个方向，则是努力提升涡轮介入前发动机的动力。这既可以减小涡轮介入前后动力的突兀感，同时对于低速驾驶时的实际意义也更大。然而后面这一项，在直喷技术加盟之前是很难实现的。

　　一台2.0T的发动机在涡轮增压介入之前，它的动力性比一台正常的2.0L自然吸气发动机动力性还弱。这是为什么呢？我们都知道压缩比这个概念，汽油发动机的压缩比是有一定限度的。在过去压缩比为10：1就算是高压缩比了，现在随着燃油技术和喷油技术的进步，对于非直喷发动机而言，压缩比超过11：1的也仍然不多见。之所以这样，是因为汽油的燃点低，在高压的状态下容易出现自燃。我们知道，四冲程汽油发动机有一个火花塞点火的过程，只有在点火之后的燃烧，才能顺利实现“做功”。如果发动机在点火之前，混合气因为高压而导致自燃，此时的燃烧不仅不能做功，还会有副作用，这就是所谓的爆震。对于一款发动机而言，压缩比过低会导致动力下降，压缩比过高会导致爆震，因此二者之间的平衡是一项很重要的调试工作。

　　然后我们再来看涡轮增压发动机。前面打过一个比方，一台2.0T发动机吸进去的混合气，可能与一台2.5L的发动机相当。如果这台2.0T发动机的压缩比仍然按照常规发动机那么去设计，那么实际压缩混合气的比例就会大大提高。也就是说，它把相当于2.5L发动机的混合气，按照2.0L发动机的设计标准去压缩了。如果此时涡轮增压发动机仍然按照常规的压缩比去设计，必然会发生爆震。因此，所有的涡轮增压发动机压缩比都要比自然吸气发动机低得多。这种压缩比在增压器启动的情况下是非常合适的，然而面对增压器没启动的情况，问题就来了。此时的发动机，就相当于一台压缩比极低的自然吸气发动机，自然不可能获得理想的动力性。

　　直喷技术的加盟可以有效缓解涡轮迟滞

　　缸内直喷与缸外喷射，只是喷油器的位置不同吗？绝非如此。看看一些直喷技术的介绍，往往都会说“高压共轨直喷”。为什么要高压？因为缸内直喷的喷油时点与缸外喷射有本质不同。

　　缸外喷射，燃油是在进气行程过程中喷射。也就是一边进气一边喷油，这样燃油自然而然地就可以与空气混合。然而这也有个问题，即在压缩行程过程中，压缩的全部都是标准浓度的混合气，此时如果压缩比过高，就很容易发生爆震。

　　缸内直喷有两种喷射方式。一种是单次喷射，这种方式在进气行程是不喷油的。那么在压缩的过程中，压缩的就是空气，而不是混合气，这种情况下，自然不可能发生爆震。然后喷油是在压缩之后点火之前进行，这种做法与柴油发动机的工作原理有些类似，只不过比柴油发动机多了一道点火工序而已。事实上，直喷汽油发动机的工作原理，就是借鉴柴油发动机的工作原理开发而来的。

　　另一种喷油方式是多次喷射，也就是所谓的分层燃烧。这种方式在进气行程过程中会喷一次油，然后在点火之前会再喷一次油。这种喷油方式也不必担心高压缩比爆震的问题，因为分层燃烧的目的就是为了实现稀薄燃烧以提升燃烧效率。在发动机低负荷的情况下，按照理论空燃比去喷油其实是有些浪费的—就动力需求而言并不需要喷射这么多燃油。然而如果喷油量过低，混合气浓度不够，会导致点火困难，而分层燃烧可以解决这个问题。在吸气行程的时候，喷油量很小，形成的是稀薄的混合气。然后在点火之前，再一次的喷油可以提升火花塞附近的混合气浓度，实现顺利点火。很显然，多次喷射方式虽然在吸气行程也有喷油，但喷油量低，即便采用高压缩比也不会出现爆震。

　　这样一来，采用缸内直喷技术以后，涡轮增压发动机也可以采用较高的压缩比了。有兴趣的查看一下直喷涡轮增压发动机的压缩比会发现，它们的数值基本上都能达到常规自然吸气发动机的水平（例如翼虎的压缩比为10：1）。有了此项保障以后，即便是在涡轮介入之前，发动机也能获得不错的动力性，这无疑可以大大缓解涡轮迟滞的现象。事实也是如此，自从直喷涡轮增压出现以后，涡轮迟滞问题已经不再显著了。

　　涡轮迟滞的缓解甚至消除，让直喷增压相比自然吸气拥有压倒性优势

　　从涡轮增压技术诞生开始，工程师其实就在考虑如何缓解或者消除涡轮迟滞。这其中也想到了很多的办法，例如：用两个涡轮增压器来减小涡轮的尺寸，通过双涡管来推动涡轮，甚至想出可变异的涡轮增压器。这些技术对于缓解涡轮迟滞的贡献都非常大，但并不十分彻底。当直喷技术与涡轮增压技术结合，再加上已有的和在继续进步的有关缓解涡轮迟滞的技术一起，就让涡轮增压技术获得了飞跃式的进步。这一点，我们在驾驶新老两代大众1.8T发动机的时候感受就非常明显。老的1.8T非直喷发动机，虽然涡轮介入后的动力很多人都赞叹不已，但它的迟滞问题也非常让人抓狂。然而在驾驶配备1.8TSI机型的车型时感觉会完全不同，对于之前驾驶过老款1.8T的人来说，会感叹技术的进步对于迟滞的缓解的确是非常有效；对于没有开过老款1.8T的人，则对这个1.8TSI没什么感觉—除了动力好以外，其他地方与一般的自然吸气发动机已经十分相似。

　　一旦直喷涡轮增压发动机做到了这一点，它相比自然吸气发动机的优势就非常明显了。首先是驾驶体验。涡轮增压发动机有一个特点，即一旦涡轮启动，就能持续提供峰值扭矩。以途观1.8TSI为例，它从1500转开始，一直到4500转，扭矩都可以保持在250牛.米，这是任何一款自然吸气发动机做不到的。不仅如此，直喷增压发动机还有扭矩大的特点，例如：途观1.8TSI的扭矩就与汉兰达的2.7L发动机相当。大扭矩加持续峰值扭矩，可以让车变得“特有劲儿”。这种体验显然是很能取悦车主的，尤其对于身大体沉的SUV来说，这个特性显得更有价值。其次是效率，也就是节能环保。这个从前面的技术分析已经给出答案了，这里就不再赘述。第三，其实也是对于厂商来说最重要的，即可以获得更多的利润。在同等性能的情况下，采用直喷增压技术可以让成本更低（例如1.8TSI会低于2.4L），再结合直喷增压因为排量小，可以在消费税、车船税方面获得优惠，这无论对于厂商还是车主来说都是合适的。这些因素结合在一起，可以大大压倒自然吸气发动机相对于直喷涡轮增压仅存的一点优势（例如增压发动机可能仍存在些许迟滞问题），最终让直喷涡轮增压技术在与自然吸气的角逐过程中占尽上风。

　　结论

　　无论你最终持什么样的观点，由于迟滞问题的大幅度缓解，最终直喷涡轮增压逐步取代自然吸气成为常规发动机技术的这个主流趋势将不可能逆转。对于涡轮增压，即便你过去有再多的偏见，现在的观点也要扭转过来了。近几年直喷增压技术得到飞速发展，其实际表现和可靠性等各方面已远非过去可比。在本篇中，我们仅就直喷增压为何能够取代自然吸气做了泛泛的解读。在今后，我们还将针对具体厂商的具体机型发展来逐个解读，看看直喷涡轮增压的威力到底有多厉害。

　　文/张俊

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