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——只是或許大多數人從不會在意。
這種最古老、最原始、最簡單的發動機型別,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,都沒有將自吸引擎徹底趕出歷史。
甚至,即將迎來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車系的效能天花板,用上了911 GT3上的4.0L自吸引擎,還要拿到國內賣;法拉利最新的限定車型Daytona SP3,使用V12自吸並忽略一切混動系統;豐田和斯巴魯繼續合作打造新一代86/BRZ,堅持自然吸氣並逆潮流將排氣量從2.0L增至2.4L……
718 GT4 RS賣到157.8萬元,先別嫌貴,這可能是國內能買到最後的、最便宜的高效能自然吸氣小汽車了。對於這些“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。
自然吸氣顧名思義,發動機內部燃燒所需的空氣,是由大氣壓自然“推”進氣缸的,不靠任何助力。內燃機發明之初都是這麼幹的,也只會這麼幹,後來大家才想出了各種增壓的“歪點子”來提高進氣量。
對於自吸發動機,以及在過去增壓尚不普遍的自吸時代,進氣系統對於一臺發動機的效能至關重要。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,是如何有高低之別的呢?
對於追求極致效能的自吸發動機,可變進氣系統是對抗增壓陣營時必備的利器。
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。而常規的固定進氣系統,內部的進氣管路自然也是固定不變的,這就出現了矛盾。
一臺效能完整的發動機,要在各種工況下都擁有較好的效能表現。如果進氣系統不可變,顧得了這頭必然丟掉了那頭,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”之間做取捨,所以真正提升極限,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,只侷限於氣缸上面的進氣門排氣門。這些技術今天已經趨於普及(而且不限於自吸),而對於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。
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,採用了帶有多個諧振閥的可變進氣歧管。在預設的工況下,透過開閉閥門的組合,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”。由於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”都是為了實現“兼顧”,因為“兼顧”的另一面,永遠是讓“高”能夠“更高”。
法拉利同樣是鍾愛可變進氣歧管的大戶,發動機上面鮮紅色的“盒子”內就是複雜的進氣系統。內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內都能有高輸出,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,而在中間還佈置了三個閥門,配合各個氣缸進排氣產生的波動效應,也可以起到可變進氣歧管的功效。
自然吸氣引擎提高進氣效率的舉措,還體現在ITB獨立節氣門的應用。
大多數民用車只會有一個節氣門,這個節氣門也就是我們天天講的“油門”,直接控制著車輛的動力輸出。但一個節氣門控制多個氣缸,意味著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。
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於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作為一款專注於賽道駕駛的極限街車,將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。
718 GT4 RS非常特殊的進氣佈置
渦輪和自吸的爭執,堪稱汽車圈早已過氣的世紀辯題。如今遍佈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。對於某些專注於駕駛的效能機器,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。
於是即便再沒一絲可能成為主流,也還是有利益為能量,驅動著自吸引擎繼續朝著極致發展。