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為什麼自然吸氣還在浪?

文 | 嗷嗷胡

直到今天,現存大部分的持證駕駛員,都至少是在駕校時期與自然吸氣引擎有過接觸——隻是或許大多數人從不會在意。

這種最古老、最原始、最簡單的發動機類型,幾乎是與汽車相伴而生,走過了一百多年。無論是70年代石油危機,還是新世紀渦輪普及,又或是今天新能源大勢,都沒有将自吸引擎徹底趕出曆史。

為什麼自然吸氣還在浪?

甚至,即将迎來2022年,依然有廠商繼續在自然吸氣引擎下功夫。

保時捷剛剛拿出了718車系的性能天花闆,用上了911 GT3上的4.0L自吸引擎,還要拿到國内賣;法拉利最新的限定車型Daytona SP3,使用V12自吸并忽略一切混動系統;豐田和斯巴魯繼續合作打造新一代86/BRZ,堅持自然吸氣并逆潮流将排氣量從2.0L增至2.4L……

718 GT4 RS賣到157.8萬元,先别嫌貴,這可能是國内能買到最後的、最便宜的高性能自然吸氣小汽車了。對于這些“逆行者”,情懷當然是一方面,但如果沒有一些和駕校用車不一樣的新東西傍身護體,單憑情懷可不足以讓它們在渦輪和電機的馬力通脹中繼續生存。

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自然吸氣顧名思義,發動機内部燃燒所需的空氣,是由大氣壓自然“推”進氣缸的,不靠任何助力。内燃機發明之初都是這麼幹的,也隻會這麼幹,後來大家才想出了各種增壓的“歪點子”來提高進氣量。

對于自吸發動機,以及在過去增壓尚不普遍的自吸時代,進氣系統對于一台發動機的性能至關重要。大家都知道排量起決定性作用,那麼排量近似的發動機輸出,是如何有高低之别的呢?

對于追求極緻性能的自吸發動機,可變進氣系統是對抗增壓陣營時必備的利器。

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保時捷的可變進氣歧管

當發動機在不同工況下運轉時,所需要吸入空氣的特性是不同的:低轉速時,需要充分而綿長,進氣管路最好“細水長流”;高轉速時,需要快速而有力,要求進氣管路短促直接。而正常的固定進氣系統,内部的進氣管路自然也是固定不變的,這就出現了沖突。

一台性能完整的發動機,要在各種工況下都擁有較好的性能表現。如果進氣系統不可變,顧得了這頭必然丢掉了那頭,最終一定需要工程師做出權衡。很多時候,汽車設計都是在“提升極限”與“保證過程”之間做取舍,是以真正提升極限,往往靠的是新技術“解放”了其他限制。

早年常聽的CVVT、VVT、VVL等技術,就是對凸輪軸等配氣機構的可變化改進,隻局限于氣缸上面的進氣門排氣門。這些技術今天已經趨于普及(而且不限于自吸),而對于有更高追求的自吸發動機,就有必要上大招,可變進氣歧管了。

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可變進氣的一類,調節中央閥門改變進氣路徑長度

保時捷就在其自吸發動機中,采用了帶有多個諧振閥的可變進氣歧管。在預設的工況下,通過開閉閥門的組合,讓空氣進入氣缸的路徑可以有多種選擇和變化。當低轉速時,讓空氣流經更長距離到達氣缸,而當高轉速需要大量空氣時,則調整閥門使用短進氣路徑。

可變的進氣歧管,讓發動機可以在更寬闊的轉速區間下,擁有較全面的扭矩輸出,也就是所謂的“改善扭矩曲線”。由于發動機最高功率與高轉速下的扭矩有關,也就間接提升了極限輸出。事實上,發動機中的很多“可變”都是為了實作“兼顧”,因為“兼顧”的另一面,永遠是讓“高”能夠“更高”。

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法拉利同樣是鐘愛可變進氣歧管的大戶,發動機上面鮮紅色的“盒子”内就是複雜的進氣系統。内部的移動結構可以改變進氣歧管的長徑比,當高轉速時幫助縮短進氣歧管,低轉速時則反之。這樣的可變進氣,使得自吸引擎近萬轉的轉速區間内都能有高輸出,充分利用高轉速來提高動力極限。

雪佛蘭科爾維特Z06搭載的5.5L自吸LT6發動機,為兩排氣缸各設定了一個穩壓腔,而在中間還布置了三個閥門,配合各個氣缸進排氣産生的波動效應,也可以起到可變進氣歧管的功效。

為什麼自然吸氣還在浪?

自然吸氣引擎提高進氣效率的舉措,還展現在ITB獨立節氣門的應用。

大多數民用車隻會有一個節氣門,這個節氣門也就是我們天天講的“油門”,直接控制着車輛的動力輸出。但一個節氣門控制多個氣缸,意味着它一定是遠離氣門口的。這之間的距離,使得油門快速踩下時,空氣到達氣缸有一個時間差。

解決之道很是簡單粗暴:給每個氣缸都裝上單獨的節氣門(ITB)。油門的每一道指令直接下發到氣缸門口(氣門),再也不能賴節氣門和氣門間有距離,可謂是發動機中的政令到基層,大幅提高動力的響應速度。

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經常出現在賽車和電影中的獨立節氣門

聲浪是自然吸氣相對于渦輪增壓引擎的一大不同,因為渦輪增壓引擎的進氣路徑上多了增壓器壓氣機,發動機噪音不再容易從進氣側傳出,你會發現今天的渦輪車都更加強調排氣的所謂“放炮聲”。

而自吸發動機的聲浪,就可以無阻礙的從進、排氣兩側傳出,配合穩壓腔的腔體設計還可以改善音色,帶來更迷人的聲浪(比如LFA)。保時捷718 GT4 RS作為一款專注于賽道駕駛的極限街車,将發動機進氣道設計在了獨特的側窗後部,其原因便是讓引擎聲更接近駕駛者的耳朵。

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為什麼自然吸氣還在浪?

718 GT4 RS非常特殊的進氣布置

渦輪和自吸的争執,堪稱汽車圈早已過氣的世紀辯題。如今遍布市場的小排量渦輪給出了答案,而電氣化的到來又讓這答案瞬間毫無意義。

但無論是整個燃油車,還是細化到自吸引擎,都依然有其不可替代的特性和優勢在。對于某些專注于駕駛的性能機器,自吸引擎帶來快速動力響應是無可替代的,混動和電氣化可以帶來類似的效果,卻要付出更多的重量代價。

于是即便再沒一絲可能成為主流,也還是有利益為能量,驅動着自吸引擎繼續朝着極緻發展。

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