來源:CLauto酷樂汽車
如今的斯巴魯風(fēng)格趨于保守,始終堅守自身熟知的技術(shù)領(lǐng)域,多年來對車型的升級也以漸進式推進,比如萬年不變的CVT以及老舊的內(nèi)飾設(shè)計,即便推出新功能,往往也遠晚于行業(yè)內(nèi)其他品牌。
但回溯20世紀90年代,斯巴魯卻以極具個性的“怪異”風(fēng)格和勇于嘗試的姿態(tài)著稱,其推出的序列式雙渦輪水平對置四缸發(fā)動機便是典型例證,如今這款發(fā)動機雖已鮮少被提及,但在當(dāng)時堪稱大膽的技術(shù)實驗。
基本上這算是全球唯一一款搭載于量產(chǎn)汽車的雙渦輪汽油四缸發(fā)動機。
部分車企曾研發(fā)過雙渦輪柴油四缸發(fā)動機,不過在此需澄清一點,寶馬的“雙渦管單渦輪”(Twin-Power Turbo)發(fā)動機,本質(zhì)上僅采用一個雙渦管渦輪增壓器,并非兩個獨立渦輪。
因此,在雙渦輪汽油四缸發(fā)動機這一領(lǐng)域,斯巴魯可謂獨樹一幟。
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1993年,斯巴魯在第二代力獅車型上首次搭載這款雙渦輪水平對置發(fā)動機,而當(dāng)時序列式渦輪增壓技術(shù)正風(fēng)靡全球,保時捷率先在959車型上應(yīng)用序列式雙渦輪技術(shù),隨后日本其他車企也紛紛跟進。
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在日本資產(chǎn)泡沫經(jīng)濟鼎盛時期,汽車行業(yè)的研發(fā)預(yù)算大幅增加,催生出序列式渦輪增壓等各類新技術(shù)。其中,豐田率先為旗下Supra Turbo車型配備2JZ-GTE直列六缸序列式雙渦輪發(fā)動機,成為日本車企中首個采用該技術(shù)的品牌。
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緊接著,馬自達也為RX-7車型搭載了13B-REW雙轉(zhuǎn)子序列式雙渦輪發(fā)動機。
序列式雙渦輪技術(shù)的設(shè)計理念并不復(fù)雜:小尺寸渦輪啟動速度快,能在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速區(qū)間提供充足動力,同時有效降低渦輪遲滯現(xiàn)象,但在高轉(zhuǎn)速區(qū)間會因進氣量不足而動力衰減;大尺寸渦輪則相反,啟動所需時間更長,即存在明顯渦輪遲滯,且需達到較高轉(zhuǎn)速才能進入最佳增壓狀態(tài),但在高轉(zhuǎn)速區(qū)間可輸出更強動力。
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序列式雙渦輪技術(shù)試圖實現(xiàn)“兩者優(yōu)勢的融合”:低轉(zhuǎn)速區(qū)間由經(jīng)過優(yōu)化的小渦輪單獨工作,高轉(zhuǎn)速區(qū)間則切換為經(jīng)過優(yōu)化的大渦輪負責(zé)。
具體而言,從發(fā)動機怠速到3500-4500轉(zhuǎn)/分的區(qū)間內(nèi),均由第一個(小)渦輪承擔(dān)增壓任務(wù),當(dāng)轉(zhuǎn)速達到該區(qū)間上限時,部分排氣會被引導(dǎo)至第二個(大)渦輪,為其提前“預(yù)旋”。最終,兩個渦輪同時全力運轉(zhuǎn),為高轉(zhuǎn)速區(qū)間提供強勁動力輸出。
不過,斯巴魯?shù)募夹g(shù)方案略有不同。
正如1993年力獅車型的產(chǎn)品手冊所記載,斯巴魯采用了兩個尺寸相同的渦輪,以實現(xiàn)與其他序列式雙渦輪系統(tǒng)相同的核心目標。
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為實現(xiàn)第二個渦輪的提前預(yù)旋,發(fā)動機控制系統(tǒng)會先關(guān)閉第一個渦輪的泄壓閥,隨后將多余排氣導(dǎo)入第二個渦輪,當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速繼續(xù)攀升時,系統(tǒng)會打開第二個渦輪的切換閥,此時兩個渦輪進入?yún)f(xié)同工作狀態(tài),共同為發(fā)動機提供增壓。
斯巴魯力獅論壇上有一篇深度帖子,進一步詳細介紹了EJ20系列雙渦輪發(fā)動機的不同版本。盡管所有版本的渦輪尺寸相近,但并非完全一致,且除后期某一款衍生機型外,第二個渦輪均未配備泄壓閥。
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第二代力獅GT車型搭載的初代雙渦輪水平對置發(fā)動機,最大功率為246馬力,自1996年起,斯巴魯為該發(fā)動機推出兩種功率版本,分別為256馬力和276馬力。
與所有序列式雙渦輪系統(tǒng)一樣,斯巴魯這套技術(shù)的理念雖簡潔,實際工程實現(xiàn)卻極為復(fù)雜。打開發(fā)動機蓋可見,為確保整套系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn),內(nèi)部布滿了錯綜復(fù)雜的真空管、管路及電磁閥,而控制這些部件的則是20世紀90年代水平的電子控制單元。
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這套系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故障隱患也較多,而且其最終帶來的實際收益也存在爭議。
斯巴魯研發(fā)這套系統(tǒng),似乎主要出于兩方面考量:一是針對力獅車型尺寸更大、重量更高的特點,解決旗下單渦輪水平對置四缸發(fā)動機(最具代表性的是翼豹WRX車型搭載的版本)低轉(zhuǎn)速扭矩不足的問題。二是在日本市場,車主需根據(jù)發(fā)動機排量繳納稅費,因此在2.0升排量基礎(chǔ)上通過渦輪增壓提升動力,比直接研發(fā)更大排量發(fā)動機更具成本優(yōu)勢。
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但澳大利亞雜志《AutoSpeed》在2001年對Liberty B4車型(即澳大利亞市場版力獅)的評測中指出,當(dāng)?shù)诙€渦輪開始介入工作時,發(fā)動機扭矩會出現(xiàn)明顯下降。測試數(shù)據(jù)顯示,在4000-4500轉(zhuǎn)/分的區(qū)間內(nèi),增壓值最大降幅達4.4磅/平方英寸(約0.3巴),這一落差極為顯著。
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許多車迷將這一轉(zhuǎn)速區(qū)間稱為“死亡谷”,而當(dāng)時測試的車型,搭載的已是該系列發(fā)動機中最成熟的版本,論壇中的資深玩家認為,這一版本不僅可靠性最高,也是最能體現(xiàn)序列式雙渦輪技術(shù)設(shè)計初衷的版本。
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此類問題并非斯巴魯獨有。
序列式雙渦輪技術(shù)普遍存在動力輸出不平順的問題,且往往伴隨可靠性隱患。正因如此,一些改裝廠在拿到搭載2JZ-GTE或13B-REW發(fā)動機的車型后,幾乎都會拆除原廠雙渦輪系統(tǒng),換裝結(jié)構(gòu)更簡單的單渦輪系統(tǒng)。
不過,盡管存在這些缺陷,斯巴魯?shù)倪@套雙渦輪系統(tǒng)在當(dāng)時仍頗具市場人氣。
《Car and Driver》2003年的一篇文章提到,當(dāng)時搭載該雙渦輪水平對置發(fā)動機的力獅B4(最后一款采用該發(fā)動機的力獅車型),是日本市場最受歡迎的運動型轎車。
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但該文章同時指出,低轉(zhuǎn)速扭矩不足是力獅B4的短板,這也解釋了為何斯巴魯在2004年決定將該車型引入美國市場時,選擇用2.5升單渦輪水平對置四缸發(fā)動機替代原有雙渦輪系統(tǒng)。
此外,原廠雙渦輪系統(tǒng)并未針對左舵車型進行適配,因此該版本車型主要在日本本土銷售,僅在產(chǎn)品生命周期后期少量進入澳大利亞及新西蘭市場。
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2004年,第四代力獅車型正式推出,斯巴魯也隨之停產(chǎn)了這款雙渦輪水平對置四缸發(fā)動機。與此同時,斯巴魯也為EJ20系列水平對置四缸發(fā)動機換裝了單雙渦管渦輪增壓器。這套系統(tǒng)無需依賴復(fù)雜的真空及液壓控制機構(gòu),就能解決傳統(tǒng)渦輪增壓發(fā)動機的核心痛點,兼顧動力響應(yīng)與可靠性。
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然而大家是否會好奇,斯巴魯為何從未嘗試過更常規(guī)的并列雙渦輪布局(即發(fā)動機兩側(cè)各配備一個渦輪)?誠然,當(dāng)時行業(yè)內(nèi)確實掀起了一股“序列式雙渦輪熱潮”,但序列式布局其實更適合2JZ這樣的直列發(fā)動機,或13B這樣的轉(zhuǎn)子發(fā)動機,原因如下:
直列發(fā)動機
排氣脈沖特性
直列發(fā)動機的各個氣缸排氣依次進行,排氣脈沖較為規(guī)律且間隔均勻。這種特性使得序列式渦輪增壓系統(tǒng)能夠更好地利用排氣能量,按照順序依次推動渦輪工作。例如2JZ直列六缸發(fā)動機,其排氣過程中產(chǎn)生的排氣脈沖可以穩(wěn)定地先推動小渦輪工作,在高轉(zhuǎn)速時再平穩(wěn)地過渡到大渦輪,實現(xiàn)動力的線性輸出。
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結(jié)構(gòu)布局優(yōu)勢
直列發(fā)動機的氣缸呈直線排列,發(fā)動機艙內(nèi)的布局相對規(guī)整,為序列式渦輪增壓系統(tǒng)的管路布置提供了更便利的條件。序列式雙渦輪增壓系統(tǒng)需要布置復(fù)雜的管路和控制閥門等部件,直列發(fā)動機的結(jié)構(gòu)特點使得這些部件可以更合理地安裝和布局,減少相互之間的干擾,保證系統(tǒng)的正常工作。
轉(zhuǎn)子發(fā)動機
高轉(zhuǎn)速特性
轉(zhuǎn)子發(fā)動機具有轉(zhuǎn)速上升快、最高轉(zhuǎn)速高的特點。序列式渦輪增壓系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)這一特性,在低轉(zhuǎn)速時利用小渦輪提供快速的響應(yīng),滿足轉(zhuǎn)子發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時的動力需求,隨著轉(zhuǎn)速的升高,大渦輪介入工作,進一步提升發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速下的動力輸出,充分發(fā)揮轉(zhuǎn)子發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速性能優(yōu)勢。
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排氣特性
轉(zhuǎn)子發(fā)動機的排氣方式與活塞式發(fā)動機不同,其排氣過程相對連續(xù)且平穩(wěn)。序列式渦輪增壓系統(tǒng)可以根據(jù)轉(zhuǎn)子發(fā)動機的排氣特點,更有效地利用排氣能量來驅(qū)動渦輪,實現(xiàn)渦輪增壓的效果。
例如13B-REW型轉(zhuǎn)子發(fā)動機的序列式雙渦輪增壓系統(tǒng),一開始將所有廢氣集中在小渦輪里,使其在低轉(zhuǎn)速時就開始工作,減少渦輪遲滯,當(dāng)達到一定轉(zhuǎn)速后,廢氣再被導(dǎo)入大渦輪,實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速下的最佳增壓效果。
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保時捷在959車型之后便放棄了序列式雙渦輪技術(shù),轉(zhuǎn)而在993 Turbo車型上采用并列雙渦輪布局,并一直沿用這一方案,直到新款混動版Carrera GTS車型才重新回歸單渦輪水平對置六缸發(fā)動機。
自斯巴魯之后,再也沒有車企嘗試研發(fā)過任何形式的雙渦輪汽油四缸發(fā)動機,且大概未來也不會有品牌涉足這一領(lǐng)域。
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畢竟,即便采用水平對置布局,四缸發(fā)動機的進氣需求也有限,無需通過雙渦輪系統(tǒng)來滿足。就連保時捷為718車型研發(fā)渦輪水平對置四缸發(fā)動機時,也選擇了單渦輪方案。
如今的翼豹WRX車型,更是印證了渦輪增壓技術(shù)在改善動力響應(yīng)方面的巨大進步,其350Nm的峰值扭矩,能在2000-5200轉(zhuǎn)/分的區(qū)間內(nèi)保持“平臺式”輸出,徹底擺脫了過去渦輪遲滯與扭矩波動的問題。
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盡管斯巴魯?shù)男蛄惺诫p渦輪方案未必是“更優(yōu)解”,但絕對是“更具趣味性的答案”。
它折射出一個完全不同的時代,當(dāng)時的日本車企為推動各類新技術(shù),不惜投入重金,幾乎不考慮成本約束。那么,究竟是理性的解決方案更有價值,還是充滿探索精神的“趣味嘗試”更值得肯定?
答案顯然是后者,當(dāng)然,前提是你無需親自負責(zé)這套系統(tǒng)的維護與維修。
今日日簽
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