缓解涡轮增压迟滞又有新招 你想到了吗？

 迟滞，在某种程度上说是制约涡轮增压的唯一瓶颈。涡轮增压很早就有了，升功率可以那么大，为何普及不了？什么可靠性等等都是扯，关键问题在于那会儿的迟滞太严重，普通驾驶者根本接受不了。为何现在这么大面积普及？根源问题也是迟滞通过各种方法已经大幅度缓解，而其性能、效率和动力特性等诸多优势就能立刻把自然吸气“压着打”。即便如此，如何进一步缓解甚至消除迟滞，仍然是发动机研发者的重要方向。这不，最近又有新招出现了！

■ 已有缓解迟滞的各种招数小回顾

涡轮增压为什么会有迟滞？根源就是低速工况下排气气流不足以推动涡轮正常工作。那么要解决这个问题，也是两个方向。第一，改善低速时的排气气流；第二，让涡轮对排气气流的需求小一点，即气流不大的时候也能正常工作。

第一个方向目前是研发的主流。目前最时髦的，就是双涡管——通过两组排气管对应不同的气缸，以保证排气气流更好地衔接和减少扰动，达到改善排气气流的目的。其他的做法，还包括集成式排气歧管（当然这个主要的目的是为了热效率，但也能达到缓解迟滞的效果）等，其原理是缩短排气管路已更好得利用排气气流。

如果上图看的还不够清晰明了，可通过下GIF图获悉如何改变叶片角度：

第二个方向，则是在涡轮本身上下功夫。最时髦的，自然是小惯量涡轮的采用。目前几乎所有的民用型涡增发动机，全都采用的这种。另外，双涡轮也属于此类——两个涡轮可以减小单个涡轮的尺寸，达到缓解迟滞的目的。VTG可变翼涡轮也算一个小分支，柴油机上较多，汽油机之前只有保时捷用，最近传出的大众最新1.5TSI似乎有将其与米勒循环结合使用的倾向（受制于篇幅，这部分我们今后再说）。

所有这些方法，其实都存在一个主要的矛盾点，或者说需要平衡的点。要缓解迟滞，减小涡轮是最有效的，但它不利于提升性能。普通的家用型发动机没事儿，但如果想标榜高性能，亦或者说想通过2.0L替代4.0L这样的跨级别模块化定位，这些手段就不够用了。那么解决方法也不是没有，最常见的如双增压——低速用机械增压，高速切换为涡轮增压。大众早期用过，沃尔沃也正在使用。这种方法效果不错，但成本高，且容易影响到可靠性，所以并未大面积普及。

■ 那么，最近又有什么新招呢？

①通过排气门的可变来改善排气气流

配气技术里有一项很重要的技术叫“可变气门XX”。这其中，最常见的是VVT可变气门正时，这与本文无关。另一个较常见的，是可变气门行程，本田称之为VTEC，奥迪称之为AVS。然后，还有比较少见的可变气门（数量）。

在此之前，可变气门行程或者可变气门（数量）技术，都只会用在进气门上。原因很简单，采用这种技术的目的，是因为发动机低速时需要较小的进气行程（或气门数），以利用其涡流来保证燃油与空气的充分混合；高速则相反，行程大一点（或气门多一点）进气更顺畅可以提升功率。从这个原理可以看出，排气门完全不需要这样的东东。

有趣的东西就在这里——在如何缓解迟滞的问题上，工程师想到了把这套技术挪到排气门上，就能变成缓解迟滞的利器。回顾一下上面章节我们所说的迟滞根源，对此应该不难理解。低速时排气量小，如果气门大开，那么排气气流的流速自然很低，这显然不利于推动涡轮。反过来，我们把气门改小一点（或行程变小，或气门数减少），排气流速就会变快，是不是不一样了？

谁采用了这样的设计？目前所知的有两款。一个是本田新研发的2.0T。它号称带VTEC，但其实它那套著名的凸轮可切换机构在进气门上并没有，而是装在了排气门上——这在本田历史上可是头一遭。另一个是奥迪SQ7上的那台4.0TDI，它的AVS同样装在了排气门上。不过相比本田，奥迪的这套东西更绝，它改变的不是行程，而是气门数。也就是说，在发动机低速运转时，有一个排气门是关闭的，所有的排气都只通过那个未关闭的那个排气门排出，并且汇总起来只推动一个涡轮。再回想一下常规的双涡轮增压是如何工作的——所有的排气通过（每个缸的）两个气门排出，并同时推动两个涡轮。哪种情况下涡轮更容易启动，不言而喻吧？

②双涡轮的多种组合方式来缓解迟滞

上面提到的奥迪4.0TDI在缓解迟滞方面的创意还不止于此。我们先做个假设。一台4.0L的V8发动机和两个增压值一样的增压器，如果只采用一个，迟滞肯定比采用两个小得多，但对应的功率也会小得多，这个应该不难理解。常规的双涡轮设计，无论何种工况下都是两个涡轮一起工作，那么为了缓解迟滞，就不可能采用太大的涡轮。

然而到了奥迪这台4.0TDI这里就不一样了，它的两个涡轮都较大，但迟滞却比小涡轮的双涡轮增压还小，它是如何做到的呢？妙处就在于两个涡轮不同的排列组合方式，而不是像常规设计那样只有“一块儿干”这一种。

具体来说，低速时它会采用单涡轮的方式——通过AVS关闭一个排气门，让所有的排气都给一个涡轮，另一个涡轮休息。此时虽然单个涡轮尺寸大，但由于排气量double，迟滞并不明显（事实上，这款发动机在更低速的时候还有电涡轮，为了不复杂化，这里就不展开了）。然后随着转速的上升，AVS会打开另一个排气门，但此时的气流仍不足以满足这两个大涡轮同时工作。怎么办？奥迪想到通过一个电磁阀阻断其中一个涡轮流向进气道的通路，然后通过一个旁路，让这个增压器增压过的气流先流向另一个增压器。这样，两个增压器的气流经过叠加以后，再进入进气系统。这很像电路术语中所说的“串联”，而常规的双涡轮增压则更像是“并联”。当排气气流不足以让两个增压器同时满负荷工作的时候，这种串联的方式要比并联的方式迟滞小得多。

然后到了高速段就变得简单了，之前用来改变气流方向的电磁阀会打开，两个增压器会分别工作并将增压后的气流汇总。这也就是最常规的双涡轮“并联”。此时由于两个增压器都满负荷了，而且增压器本身尺寸较大，从而可以实现比常规双涡轮增压更高的功率。

■ 新招的主要目的，是在确保迟滞可控或消除的情况下提升性能

对于以上这些新招，不少人可能还会下意识地冒出“噱头”二字。为什么呢？因为目前市面上主流的涡增发动机迟滞已经控制得相当不错了。例如大众新的TSI。既如此，何必还要搞这么多新玩意儿呢？

这里面，一个主要的诉求，其实就是为了提升性能。注意，这和本文的标题并不矛盾——涡增发动机提升性能往往对应这增加迟滞，因此只有采用了缓解迟滞新招，设计者才能踏踏实实地提升性能。例如本田的这台2.0T，功率扭矩分别达到280马力/400牛米。什么概念？参考下大众喊得牛哄哄的第三代EA888 2.0T，对应的数值是220马力/350牛·米；宝马的六缸3.0T，对应的数值是306马力/400牛·米；沃尔沃定位T6的双增压2.0T，320马力/400牛米。很显然，本田用一个排气VTEC，就实现了单增压达到接近六缸T的效果。至于为什么要这样，相信是本田出于产品定位战略的考虑。毕竟它的地球梦动力中，2.4L也是很重要且很好的一款机型，2.0T版本需要与之拉开足够大的差距。

至于奥迪的4.0TDI，则有点想做标杆的味道了——就像以往的技术控那样，用尽所有手段来提升性能并消除迟滞。最终的效果呢？1000转就可以达到峰值扭矩并且一直持续到3250转——迟滞不是缓解，而是消失了。然后关键是性能：435马力/900牛·米。注意，这是柴油机。没概念？参考一下，那台著名的、拖飞机的途锐V10 5.0TDI是310马力/750牛·米；A8上的那台汽油版4.0TFSI，435马力/600牛·米。柴油机的功率居然与汽油机一样（扭矩则大50%）！想想看，如果未来奥迪把这套东西用在汽油机上会是啥效果？

■ 结论：

缓解迟滞的技术对于涡轮增压的发展来说应该是至关重要的，因为它可以让工程师更踏实的提升功率。更关键的是，很多其中的新技术并非对应着高成本。例如双涡管，还有如本文的排气门行程可变，这些技术完全可以在中小排量的机型上采用。有人说：要那么大功率何用？当然有用，它可以进一步促进发动机的模块化，甚至更好地实现“一个排量通吃”。这不正是当下发动机研发的方向和趋势吗？