為性能還是環保？談談渦輪增壓的小秘密
談起汽車渦輪增壓發動機的歷史，還得追溯到1885年，戴姆勒和狄塞爾在當時就已經通過預壓縮空氣來實現發動機功率的提升。這就是渦輪增壓的雛形。
而後，伴著一戰和二戰，渦輪增壓迅速普及到了軍工企業。隨後，飛機製造商出身的薩博，將渦輪運用到了民用車上，開啟了渦輪增壓汽車的全新篇章。
如今，馬路上跑的汽車，幾乎已經被渦輪增壓佔據。但我們，可還曾記得渦輪的初衷？
渦輪的工作原理
渦輪增壓器的結構十分簡單，僅僅一個空氣壓縮機（葉輪）和一個渦輪就能組成一個簡單的渦輪增壓器，渦輪室內的渦輪由發動機排出的廢氣的慣性衝力來驅動，渦輪的轉動又帶動壓縮機內同軸的葉輪，另一邊空氣濾清器將新鮮空氣輸送至壓縮機內，葉輪將這些空氣壓縮增壓後送入氣缸。當發動機的轉速增加，廢氣的排放速度與渦輪的運轉速度也會同步加快並壓縮更多的空氣，從而使發動機輸出更大的馬力。
渦輪增壓的缺點在於當發動機轉速較低的時候，廢氣的慣性衝力不足以帶動渦輪轉動，故此時渦輪不運作，直轉速提升到一定程度時，渦輪才開始介入並運作。開帶有渦輪的車加速往往發動機要等轉速提升後才突然出力，這也是我們常說的“渦輪遲滯”。一台帶有渦輪的發動機在轉速較低時（渦輪沒有介入前），就和一台自然吸氣發動機並無二致，而提升的馬力也是在渦輪介入運作後才體現出來。
渦輪增壓的實質
正常大氣壓為1Bar，故非增壓發動機最多可以吸入小於等於1Bar的空氣，而增壓了渦輪之後，發動機氣缸內的空氣氣壓是大於1Bar的。這個Bar值越高，則相當於空氣的密度越大，換言之就是進入發動機氣缸內的氧氣就越多。之所以汽車廠家想方設法增加能進入氣缸的氧氣量，是因為噴油量通過電腦控制是處於一個可控的狀態，而進入氣缸的空氣越多，噴油嘴噴出的燃油就越多，從而得到更多的能量，用在汽車上，也就是能夠輸出更大的馬力。經過渦輪壓縮後的空氣中含有更多的氧氣，自然能和更多的燃油混合並燃燒。
既然渦輪的作用是燃燒更多的燃油換取動力，那渦輪發動機省油的錯誤觀點也就很好解釋了。因為當前汽車的排量仍舊是按照“單個氣缸容量×氣缸數”來計算，導致了在渦輪增壓車型上，實際的進排氣量遠大於標定數值（1.8T車型的進排氣量大致與2.4L車型相當），進而導致傳統的排量小油耗低的錯誤觀點在渦輪增壓車型上氾濫。至於渦輪增壓的車型更環保，這個觀點也是錯誤的，根據能量守恆定律，汽車尾氣中的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、含鉛化合物等的C、S、Pb元素不可能來自氧氣，只可能來自於燃油，燃油的消耗量直接決定了排放的多少，環保的車型應該是油耗低的車型，而不是排量低的車型。
渦輪增壓就像打了興奮劑的運動員，擁有更強勁實力的同時必須付出一定的代價。渦輪增壓的實質就是降低了排量減少了缸數卻依然追求高功率的輸出，油耗並沒有降低，排放也並沒有減少。
渦輪增壓的初衷和劣勢
熟悉和瞭解本田的汽車愛好者肯定知道在1987年F1賽場上綻放出無限光芒的那台RA167E發動機。這台增壓值高達4Bar的V6引擎排量僅僅1.5L，卻能爆發出1050Ps的馬力，這樣的資料無疑是極具統治力的，也從側面顯示了渦輪給發動機帶來的無限潛力，也因此讓F1在1989年徹底禁止了渦輪增壓引擎。
其實這個例子就是渦輪增壓初衷最明顯的表現。渦輪增壓不為省油，不為環保，它為的是更強的動力和更快的速度！
當然，世界上沒有兩全其美的事，瘋狂的動力自然需要付出代價。渦輪的代價就是高溫。渦輪增壓器溫度=廢氣溫度+渦輪快速轉動摩擦溫度+進氣空氣壓縮溫度。普通的渦輪增壓器在正常工作的狀態下溫度至少600攝氏度，而為了提升發動機功率而採用的高增壓值的渦輪增壓器溫度能達到1000度以上。這對冷卻系統來說，也是一大挑戰，至少，自然吸氣引擎，不需要體積龐大的中冷器。
強有力的渦輪，不可避免有遲滯
所有開過渦輪增壓車型的人都能明顯得感受到渦輪介入前動力輸出十分遲緩，這個術語叫做“渦輪遲滯”。產生“渦輪遲滯”的原因已在前文原理中提到過，主要是由於低轉速下發動機廢氣量不足以驅動渦輪造成的。這種“渦輪遲滯”的感覺一方面帶給我們發動機在渦輪介入前輸出無力而渦輪介入後很有勁的感官體驗外，也會讓部分人感覺不適。
當然隨著技術的發展，渦輪技術也越來越成熟，寶馬甚至能做到在1200rpm時就達到車輛的最大扭矩輸出平臺，極大的減少了”渦輪遲滯“的感覺，但是要比動力輸出的線性程度，自然吸氣發動機的優勢可謂得天獨厚。因為沒有額外的“外設”干擾，自然吸氣發動機的動力輸出感覺就好像一條直線一般，慢慢提升，在不激烈駕駛的情況下，不會產生那種突然竄車的感覺，同時，少了渦輪工作的“咕嚕咕嚕”的雜音，車廂的靜謐性，也得到了更好的保證。渦輪增壓引擎，更適合用於高性能車型甚至跑車上，往往發動機轉速較高渦輪介入後的動力要比自然吸氣發動機強更多，部分出色的渦輪增壓發動機更是能提供令人興奮的“高☆禁☆潮”，給人十分刺激的感官體驗。
渦輪增壓VS自然吸氣
從絕對動力而言，渦輪增壓對自然吸氣的優勢可謂碾壓，相同排量的渦輪和自吸引擎的輸出功率可以相差30%甚至更多，加之渦輪增壓的特性，渦輪引擎往往能製造一個寬泛的最大扭矩輸出空間，也就是在一個寬泛的轉速區間（如2000-5000rpm），渦輪引擎能以最大扭矩持續輸出，給人的直觀感受就是不僅勁大，持續時間還久。而同排量的自然吸氣引擎則需要提高轉速來壓榨馬力，靠優化進排氣來改善輸出特性，動力上相比渦輪引擎，幾乎沒有優勢可言。
但在油門的反應上，自然吸氣引擎的優勢也是十分明顯的。即便在動力輸出上遜色於渦輪引擎，但自吸引擎無論什麼速度、什麼擋位元、什麼轉速都有十分靈敏的油門反應。而在渦輪引擎的車型上，即便有巨大的動力儲備，輕踩油門時發動機甚至都不會有什麼明顯的回應。
關於油耗，迷信渦輪引擎省油是絕對不可取的。影響車的油耗因素很多，發動機、車重、風阻、變速箱、輪胎都是影響油耗的主要因素。單論引擎的話，馬力能對油耗起到一個直觀的反映，馬力大的車型油耗較高，馬力小的車型油耗較低。以排量論油耗的時代已經一去不復返了。
我所希望的是，渦輪能在高性能領域不斷得綻放光彩，而自然吸氣也不會銷聲匿跡，能在民用車中更多得被普及，那些曾經輝煌過的高轉自吸發動機，能得以傳承。
編輯：史楠撰文：沈少波LocaR圖片來源：GQ男士網內容來源：GQ男士網