为什么有的车「涡轮」大,但是并不好开?

2023-05-19 23:45:53 - CLauto酷乐汽车

为什么有的车「涡轮」大,但是并不好开?

在目前电车当道的时代,基本上内燃机车都快变成了稀罕的玩意儿,大排量自吸就更别提了。

目前最强的内燃机车,99%都是(混动)的涡轮车,通过合理的(大)排量,用更强的涡轮压榨出更多的动力。

目前大量的家用车,都是合理的排量的小涡轮,宝马的很多车在1250转就可以开始输出最大的扭矩,很多新时代的涡轮的迟滞几乎小的感觉不到。

为什么有的车「涡轮」大,但是并不好开?

你XX大,听你的。

这句话翻译过来就是——

你涡轮大,听你的。

但是涡轮真的不能单纯的改大,压榨马力需要有更多的有效知识。

其实涡轮入门也没那么神秘,好多东西亲自玩一次,基本就知道了。

为什么有的车「涡轮」大,但是并不好开?

#涡轮迟滞

涡轮迟滞,是大涡轮大马力改装车要面对的永恒话题。

还记得《头文字D》中的BOSS之一,京一的EVO,用偏时点火的那辆,极致性能的追求,因为他那辆车,如果不用偏时点火的话,那么大的涡轮压榨出来马力,可能会极度的马力迟滞。

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全油等待涡轮压力逐渐提高的过程总是那么的无助,不过一旦到了全增压的转速,那爽快的加速感让人欲罢不能。

不过在短暂的几秒钟,转速用尽,或者遇到需要刹车过弯等情况时,面对涡轮迟滞重新拉转速的过程又把你拉回了噩梦中………

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所谓的Turbo迟滞(涡轮迟滞)指的是在引擎废气较少的低转区域,因涡轮本身的转速提高较慢,而无法达到负压转正压的无增压现象,此现象的延续时间长短,与涡轮的搭配、引擎的低速扭力,排气量等参数有关。

某种程度上说,越大的涡轮,可能涡轮迟滞就越严重。

#如何选择涡轮?

涡轮增压的工作原理,简言之就是由引擎的排废气推动增压器的涡轮机(排气侧),让位在相反侧的压缩机(进气侧)可吸入并制造高密度的压缩空气。

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所以正常的民用车来说,是要让负压上升至正压状态的时间缩短,在涡轮尺寸方面就要尽量选择容量小的型号,特别是在排气端的涡轮机侧。

虽然小型涡轮有反应快的优点,可是在排废气能量大的高转速区域,它却会因无法吹送更多空气量进入燃烧室,而不能发挥高马力输出,因此对于马力增幅效果相当有限,如此相信没有多少人愿意花大钱改装一颗效果不大的小号涡轮。

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#如何改进涡轮

因为大马力与线性输出无法兼顾,所以各涡轮制造厂无不想尽办法设计更线性的涡轮增压器,所以才可见到许多专用制品,例如——

以滚珠式轴承取代传统的铜套轴承(这在大涡轮时才有明显效果,一般型主要是减少高增压时的摩擦损耗)。

取各部优点进气侧大/排气侧小配置的「混种」涡轮。

斜流叶片、可变A/R值、缩小排气出口径等方法亦相当普遍,厂家会根据车主的需求,做适当搭配。

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值得一提,虽然用大压缩轮/小驱动轮组合成的混种涡轮,确实是兼顾各种转速表现的好方法,可是因为其比例并不能太过极端,例如——

驱动轮外壳、出口过小容易在高增压设定下,发生排压升高而熔毁叶片的问题,所以要有真正理想的低、高转性能,还是得从各个部分修改下手。

基本上如果你要求反应力使用了差异很大的「混种」式样,那么最好是搭配气体释放量大的Wastegate(排气泄压阀)来求取安全性。

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再过来若是这个混种为比例比较正常的搭配时,不妨选用斜流叶片、A/R值较小的排气侧,然后匹配进气端流道内有特殊涂层或充填树脂(缩减间隙防止逆流)、吸气口加大、叶片后方切平的高流量款式,在兼顾低转性能下发挥最高的出风量。

在头尾差异过大的「超混种」涡轮场合时,因排压较高最好是搭配Wastegate式泄压阀,才不会有熔毁叶片的危险并能够增加Boost控制的线性程度。

驱动轮的A/R值越小相对废气流速会越快,使得涡轮的低转反应可以获得提升;相反的A/R值加大则流量会增加,因此能带来较大的马力表现。

同样的涡轮轴心搭配不同的排气叶片也会有不同的马力输出,像左侧涡轮排气叶片角度较大,且上端的叶片间隙也较小,因此低速反应较好,而右侧涡轮则反之,因此高转速的延续性更棒。

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#中冷器与管路

中冷器配管的长短、拐弯儿多少、管径粗细等,也会影响到整体增压的反应,因此许多大排气量涡轮增压引擎车型,才会使用左右两个中冷器,一方面增加散热效率、另一方面也可减少涡轮迟滞情况。

考虑到进气管路长会影响增压性能的问题,一些高性能的改装品牌,比如Prodrive、Jun、ZeroSports在改装Impreza前置Cooler时,都会将节气门反置以大幅缩短路径。

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这里顺道一提的是,一般判别涡轮增压启始的工作转速,是要固定在轮转速较接近引擎转速的四/五档,回油后再大脚油门,Boost表上升至0(1个大气压力)的一点就算开始增压,大家千万不要被变速箱齿比、引擎扭力的假象所混淆。

#进排气搭配好,流速决定反应

决定了涡轮的容量之后,影响增压反应的另一个关键,就是在于进气管路与涡轮头段的长短。

以进气管路来说,流动距离长的前置中冷器会比上置式中冷器要差,如果其散热排体积增大、内管加多/变细的话,因压力损失多的缘故则更为不利,当然它的管径粗细、弯角多少也很重要,过粗且不够直线化的管子流速自然较慢,这主要还是要看涡轮的大小而定。

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还是以EJ20引擎为例,改了等长头段会有涡轮迟滞变重的现象,这就是短的那一边歧管加长使然,但如此因涡轮可受到定量且持续的冲击,高转马力相对也可被更加激发出来。

接着靠排气歧管引入废气的涡轮机,缩短头段长度也能减少迟滞现象,但相对后续的流量就不如长歧管饱和,就像Impreza的水平对置引擎由于涡轮偏一边,使得原厂歧管被设计成一边长一边短的型式,换装等长头段就会有增压力道晚一些才出现的情况,这就是短的那一侧变长使然。

等长化的高转速却有更强的性能,此即是各缸废气的质量相等,可让涡轮受到定量、顺畅而持续的冲击,这样增压的界限、效率、稳定度都会提高,尤其在大涡轮高增压压力时非常明显。

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#涡轮回压与进气冷却

在整个排气系统中,涡轮就好像是一个消音器,此处形成的阻力也会对活塞上下运动造成障碍,进而影响到整体进气的速率。

为了要减少这种阻碍,要从头段开始更换粗径的直通排气管,但回压减低往往会使得扭力变弱。

很多人就会以为增加了涡轮迟滞,事实上这并不算是迟滞现象,而且增压开始后的速度、极限都会提高,假使不想有低转变迟钝的情形,那只要头段这一截不要太粗就好。

以McLarenMP4-12C为例,拥有大排气量加上短粗的排气管,将能兼顾低速扭力与高转速的马力极限,这就是经典的涡轮车。

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此外,有些高性能车款出厂便配有中冷器喷水降温系统,此装置对于车辆在夏季激烈驾驶时,有助于马力输出的稳定,间接也能减少进气高温所造成的动力迟滞问题。

所以,置换更大的进气冷却套装也非常有必要。

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#进气管路的布置

进气管路的布置,应力求越短越好。

口径需根据涡轮与节气门的大小来决定,多半都是采用比节气门小5mm的管路更能兼顾中低速扭力。

涡轮排气侧内部配备可变排压阀门的目的,是希望能在低速时可便可提高涡轮叶片的转速,增加涡轮反应。

高转速时又能通过开启阀门的方式,让排气压力得以宣泄,延续引擎高转速的动力。

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通过一大一小串联式的双涡轮设计,低转速就可让小涡轮产生些许的增压反应,待引擎高转废气量足以以推动大涡轮排气叶片时,又能接续小涡轮的不足,可说是兼顾扭力与马力的好办法,但需注意小涡轮叶片超转的问题。

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