2.0T已经顺利更换了2.4或3.0,成为中国中高档车的“黄金排放量”,10年前欧洲人为即将到来的欧盟排放法疯狂,不得不用小排量涡轮开辟新天空。无心插柳或种花。总之,中国消费者也开始赶上小型轿车、大型豪华轿车、SUV、MPV几乎所有车型2.0T的风潮。

回想当年涡轮中犹豫和使用不便的问题,消费者瞬间把它甩在后面,欧洲人强行推出的小型排气量涡轮增压发动机成为主流。最令人惊讶的是,在坚持大排量V6的日子里,连美国车企都开始跟风(例如雷克萨斯的8AR-FTS2.0T发动机、福特的ECO Boost 2.0T发动机)。

欧佩曾表达过对涡轮发动机的观点,总比在善行上任性要好。这是欧佩作为差评人的个人观点,也是他个人不钻牛角尖的行为风格。而且我想说的是,这么多2.0T能都一样吗?(莎士比亚,莎士比亚。)

宝马特约的B48/38新涡轮发动机系列文章完成后,也将这篇文章作为小回顾。

2.0T不是现在有的。三菱cer Evo从20年前开始以4G63T的速度开出了280hp的马力,民间有400hp的各种改装版本,甚至更高。十年前,“T援助”的Saab 93的B207R和B207L发动机(即大T和小T)分别实现了210hp和175hp,但如今的2.0T发动机仍然是20HP,似乎没有进展。情况真的是这样吗?

从上图可以看出,旧时代2.0T的代表4G63T看起来数据更好,这足以让键盘党们过目一下。当然,我们看不到的是二氧化碳排放、燃料消耗、污染物排放数据、更看不到的东西,还有开车的感觉。

如果在北京西直门或广州黄埔大道开过三菱EVO,就会有刻骨铭心的左脚半残经验。除了那个沉重而短暂的旅程的离合器点外,更大的问题来自托克释放点。355Nm的扭矩很重,但在日常驾驶中,我们很难利用近3500rpm的转速,需要低速可怜的扭矩。我快起床的时候,能感觉到油门下降了。涡轮一转,扭矩突然来了。欧佩形容那种感觉是“鬼打后背”,踢脚的清爽。兴奋起来没关系,但毕竟不适合日常用车。

我记得早期开奥迪的EA888引擎的感觉。全扭矩的释放点在2000rpm左右。(阿尔伯特爱因斯坦,Northern Exposure,)最大的感觉似乎是引擎不需要等待。(以EVO标准来看,不需要等。以今天的标准来看,它要等。)动力来了。当时很多人都在谈论涡轮延迟。恕我直言,我没觉得这台发动机比当时的皇冠3.0还慢,开了2.0T奥迪TT后,把EVO比成1比1,同样的2.0T真的应该好好权衡一下。(莎士比亚、奥迪TT、奥迪TT、奥迪TT、奥迪TT、奥迪TT)

这就像葡萄酒中的新世界酒和旧世界主义的区别。新时代的2.0T只需要比怠速快一点的涡轮就可以介入,启动速度越靠前,输出扭矩的线性度就越好,驾驶就会越顺畅。最大扭矩的输出可以维持在非常高的转速区间。可以说,这涵盖了我们常用的整个转速区间,在最大加速力持续输出的同时,燃料消耗仍然保持在较低的水平。

这一切是如何实现的呢?

涡轮里有三六九灯

现在这个Turbo不再是当时巨大的铸铁Turbo了。今天的涡轮都采用小型化设计,外壳变成薄钢铁材料,加入稀有金属,使其更能承受高温,使用滚动轴承、叶轮材料,甚至钛合金或碳纤维等高级材料,既轻又滑,因此可以用较少的废气推动涡轮。

今天的涡轮已经分为3 ~ 6 ~ 9个等级,最古老的涡轮(如旧时代的涡轮)至今仍在维修,一些低端2.0发动机上使用(铸铁气缸、普通涡轮叶片)。

端合资企业产品则会用上更轻的低惯量叶片,和更好的轴承,在数值上能做出同样漂亮(设置更高)的数据,而高端车的涡轮则会用上复杂的装备,例如沃尔沃用两颗小涡轮改善低转速下的扭矩输出,用涡轮+机械增压来解决高增压的问题。

再比如我刚说完的宝马,从N20发动机开始,宝马就设计了双涡管技术分了两条气道,将1、4缸的废气合在一条管道,2、3缸的废气合在另一条管道,我们根据四个缸的工作顺序可以知道,这样紧接而来的四个气缸/四个冲程可以衔接起来,气流依次频密冲击涡轮,加上前面的轻质、低阻设计,就能在1000rpm左右的低转速下推动涡轮转动,而对于旧时代涡轮来说,2000rpm能推开涡轮就已经是很厉害的了。

新的B48高功率版的发动机在1450rpm,就爆发出最大的扭矩输出,而且这种扭矩输出是一直持续到4800rpm的,形成一个平原。这个平原,在旧时代的涡轮发动机身上,只有一个突兀的山峰,陡峭得很难在上面站立。

此外,这台涡轮并不是一个严格意义上的涡轮,它是和排气歧管一起铸造的,是一个整体部件,好处是不会有任何其他的气密性问题,也解决了不必要的配合问题,保证精密度,用上双涡管等技术,让四路气流依次冲击涡轮,从而形成稳定的增压力。针对以前旧时代涡轮需要安装timer(熄火后发动机继续工作5分钟来逐步冷却涡轮)的问题,新涡轮专门设计了一个水泵,一旦熄火,水流依然在涡轮里流动,用水来逐步冷却。

燃油喷射,从缸外到缸内

其实,最早的涡轮增压发动机是可以配合化油器使用的(技术宅想不明白负压工作的化油器怎么匹配正压工作的涡轮是吧?自己去google一下这个略显bt的设计),到后来有了机械喷射、进气歧管电喷技术,再到现在缸内直喷家家都在用,从缸外到缸内,燃油喷射已经发生巨大变化。

最早把缸内直喷用进发动机的是日本人,三菱GDI是敢于上马的早期缸内直喷系统,当然后来因为稳定性问题下马了,现在最先进的是德国人,以BOSCH等核心供应商为基础,奔驰M274采用第三代BlueDIRECT直喷技术,一个冲程内最多实现五次燃油喷射;奥迪第三代EA888则采用歧管电喷+缸内直喷结合的技术,能很好地控制低转和高转时的供油量。

但是,以发动机技术闻名的巴伐利亚人更加追求极致,宝马的HPI高精度直喷技术用得上200bar的喷油压力,单个燃烧过程内多次喷射,新设计的六孔喷油嘴,朝向进气门的四个孔各增加10%喷油量,朝向排气门的两个孔各减少20%喷油量,从而使排气门附近的混合气能燃烧的更充分(如何理解?迎风方向增加喷油量可以更好混合,顺风方向减少喷射自然是减少浪费,此外配合缸内紊流,制造有层次的油气,可以理解为点燃后“有后劲”),工程师们的这种一丝不苟使体现出宝马的“Efficient Dynamics”的精髓,能使用户以更低的油耗来获得更高的驾驶乐趣。

配气机构最能分出高下

旧时代的2.0T,如后期4G63T用到的三菱MIVEC,进气可变气门正时已经算是高科技了,而如今大部分2.0T的配气机构已经完全不可同日而语。

判断三六九等,我们可以从一些低端品牌的配气系统找到些端倪,都是可变正气技术,是相位可变还是相位/升程双可变?这是判断九等和六等的基本区别;是进气Cam可变还是进排气都可变?这是判断六等和三等的区别;顶级的较量在于对气门升程的控制,两级可调还是无极调整?奥迪的AVS和奔驰的Camtronic都能做到“高、低”两种升程可调,但是宝马独有的是气门升程无级可调技术,也只有这种工程师情怀泛滥的公司才会出现如此的细腻(我猜宝马的工程师们都是处女座)。

double-VANOS双可变气门正时技术,能根据油门踏板的开度和发动机转速的不同,把握好气门打开和关闭的时机,并且进、排气端都具备调节功能,可以非常好地拿捏发动机进气和排气的时长,从而控制扭矩曲线。Valvetronic电子可变气门升程技术,进气门的扬程通过高速电机来快速调节,能够实现从0.2mm到9.9mm之间无级精准的快速变化,保证发动机在任何工况下都能有最佳的“呼吸”。

替代六缸,甚至八缸

随着宝马上一代7系(F01/F02)的停产,N52B30这台车迷心中有地位的自然吸气六缸发动机也随着停产了。宝马也宣布新的7系(G12)不久将在中国推出搭配2.0T的入门级车型——730Li(已经试到车了,说不错会不会显得被充值了?)。

这台730Li身上的便是最强动力版本的B48发动机,最大功率和扭矩分别是258hp和400Nm。得益于从1550到4400rpm都能爆发出400Nm的宽泛扭矩空间,730Li 0-100km/h加速时间只需6.3s,这是多么了不起的数字啊!要知道搭载3.0T的奔驰S320L的0-100km/h加速时间也要7.1s。这就是宝马一直坚持的“高效动力”的体现,更小的发动机更低的油耗和排放但是给客户确是更高的驾驶乐趣,这是客户利益最大化的最好说明。

小四缸替代六缸,这是欧洲勒脖子排放法规下不得已的做法,工程师们要做的是一方面抑制振动(加平衡轴、改支承胶等),一方面改善其燃烧本质,最好是温顺一点儿。

我个人觉得老美的需求是改变世界的,V8解决的问题无外乎是平顺输出,并不过分追求歇斯底里,欧洲人的想法其实也类似,以沃尔沃的做法来看,2.0T的发动机甚至可以接上当年V8机器的领地,而奔驰也曾在W221代S Class身上试探四缸柴油机,充分证明了工程师对四缸涡轮机的信心。

能代替六缸,NVH方面自然得下功夫,一根平衡轴已经不够了,最好是双平衡轴,用以平衡发动机的二阶往复惯性力,对振动的消除效果是非常理想的。同时新的发动机会采用一体化涡轮和排气歧管(合二为一),一体化曲轴箱等模块化设计的零部件,力求把发动机的共振减到最低。这些都是老机器无法做到的,如果不是重新开发一台新机器,这根本不可能做到,你脑子里还在构建“铸铁缸体+DOHC”吗?那是九等;全铝机身、静音正时链条什么的?那充其量也就是个六等……

现在更变态的是,不少发动机几乎都增加了隔音罩,讲究的甚至在油底壳下面也增加了;势必不让机油泵、皮带轮、水泵等噪音传到驾驶舱。我看到的调研数据显示,变态的中国消费者对舒适性要求是全球最高的,尤其是噪音方面……

好了,该收笔了,2.0T的风潮可谓越刮越大,未来会有更多的新科技融入其中。水喷射技术、水冷式涡轮、可变截面涡轮增压技术等都将一一得到量产,2.0T的分化将会更大。

(本文为“吴佩频道”原创,首发于微信公众号:wupeipindao)

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