驾驶创新:涡轮增压器

驾驶创新:涡轮增压器

大多数赛车技术的目标都是让汽车跑得更快。这显然是事实。但不太清楚的是,速度通常是通过提高效率来实现的,这就是为什么许多最初为赛车运动开发的技术进步逐渐渗透到公共道路上最普通的街车上。因此,盘式制动器以更轻的重量为代价提供了更大的制动力。燃油喷射使汽油能够更准确地输送到气缸。机翼可以改变气流方向,为转弯提供更大的抓地力。

涡轮增压是这个列表中相对较新的技术。并不是说这项技术本身,它的历史可以追溯到近一个世纪。但几十年来,人们一直认为涡轮增压只适用于赛车,当它进入街车领域时,几乎只出现在高马力跑车上。现在,主流制造商正在采用涡轮增压,使小型、省油的发动机成为可行的——从驾驶的角度来看,也是值得的——日常轿车和实用的经济型汽车的动力装置。

涡轮增压器利用了强制进气原理。一般来说,进入发动机气缸的空气越多,产生的功率就越大。在自然吸气发动机中,当活塞向下移动时,空气被吸入气缸,就像液体被吸入注射器一样。很早以前,工程师们就意识到,通过将更多的空气塞入燃烧室,他们可以大幅提高功率。因此,在 20 世纪 20 年代和 30 年代,他们开发了一种称为增压器的部件,这是一种通过传动装置或皮带连接到发动机的空气压缩机。随着发动机转动,增压器会转动得更快,增压器会将更多的空气压入进气歧管,这是自然吸气发动机无法处理的。增压器,俗称鼓风机,仍然是主宰直线加速赛的 Top Fuel 和滑稽车的标准设备。

增压器最大的缺点是旋转时发动机失去动力。因此,一些聪明的工程师想出了一个绝妙的主意,利用废气来旋转涡轮,将空气压入进气歧管,而不是使用发动机来转动鼓风机。以前,这被称为废气涡轮增压器,但这个名字很久以前就被简称为涡轮增压器。以下是一段展示其工作原理的视频:

从概念上讲,涡轮增压器似乎是一个不费吹灰之力就能实现的解决方案。但涡轮增压器也有自己的缺点。首先,它们会产生大量热量,如果在发动机关闭前没有适当冷却,早期的涡轮增压器就会熔化。其次,涡轮需要一段时间才能加速,这会导致踩下油门和发动机开始输出动力之间存在明显的延迟,称为涡轮迟滞。这意味着涡轮增压器最适合以较低速度和相对恒定的速率运转的发动机。因此,虽然增压器在二战前在赛车界占据主导地位,但涡轮增压器已安装在许多高空飞行的飞机上。这部陆军航空兵训练影片提供了一些技术细节:

战后,发动机制造商意识到涡轮增压器非常适合商用卡车中的低转速重型发动机。为了推广这项新技术,康明斯为印第安纳波利斯 500 开发了涡轮增压柴油机,并于 1952 年在杆位上获得资格。印第赛道被证明是涡轮增压发动机的理想场地,因为赛道的高速特性意味着涡轮迟滞并不是一个障碍。涡轮增压器让古老的奥芬豪森发动机(其基本结构可以追溯到大萧条时期)在 1968 年赢得了印第赛道,并继续在砖厂赛道获胜,直到 1976 年。第二年,雷诺将第一台涡轮增压发动机引入一级方程式赛车。两年后,雷诺赢得了第一场大奖赛,到下一个十年末,涡轮增压成为 F1 的标准设备。观看这些野兽之一的运行情况 - 在排位赛中可高达 1,400 马力:

遗憾的是,涡轮增压器在赛道上大获成功的特质在日常驾驶中却并不适用。通用汽车在 20 世纪 60 年代推出了雪佛兰 Corvair 和 Oldsmobile Jetfire 的涡轮增压版,但都以惨败告终。1978 年推出的梅赛德斯-奔驰 300TD 涡轮增压柴油车被普遍认为是首款采用涡轮增压器的成功量产汽车,甚至这也是一种后天习得的品味。但现代装置非常先进,涡轮迟滞和过热都不是主要问题。事实上,很多人驾驶配备当今涡轮增压发动机的汽车时,没有意识到引擎盖下有一个鼓风机。或者没有意识到他们的发动机采用了最初在赛道上得到验证的技术。

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