激情燃燒的歲月--增壓器發(fā)展歷程
汽車(chē)進(jìn)入中國(guó)老百姓生活的歷史還很短暫,大部分人對(duì)那些確保汽車(chē)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的主要部件尚且沒(méi)什么了解,增壓器就更是個(gè)陌生的詞匯了。沒(méi)錯(cuò),它可以帶來(lái)額外的動(dòng)力,卻也不是每輛汽車(chē)上都能找到的常見(jiàn)部件。作為本斯特別策劃?rùn)谀康暮诵膬?nèi)容,你實(shí)在應(yīng)該多花上幾分鐘,了解一下這個(gè)神奇小玩藝兒的來(lái)龍去脈。
什么增壓器?簡(jiǎn)單地說(shuō),它就相當(dāng)于一個(gè)鼓風(fēng)機(jī),將更多新鮮空氣壓入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室,改善燃燒效率,從而在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)工作容積的情況下提高動(dòng)力輸出。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上既然可以存在機(jī)油泵、汽油泵、水泵、轉(zhuǎn)向助力泵等用來(lái)“搬運(yùn)”各種液體的設(shè)備,為什么不可以再增加一個(gè)“空氣泵”呢?不過(guò)這聽(tīng)起來(lái)好像很淺顯,將其從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過(guò)程可就曲折多了。
其實(shí)早在內(nèi)燃機(jī)剛剛發(fā)明不久后19世紀(jì)末期,德國(guó)人就產(chǎn)生了類(lèi)似的念頭。不過(guò)嚴(yán)格來(lái)說(shuō),最早的機(jī)械增壓器應(yīng)該是在20世紀(jì)最初十年內(nèi)由美國(guó)人查德維克開(kāi)發(fā)出來(lái)的,而第一個(gè)由廢氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器則是由瑞士人Alfred Buchi博士于1909年研究出來(lái)的。渦輪增壓器的英文名稱Turbocharger也是為了與Supercharger有所區(qū)分。可惜在當(dāng)時(shí),這一概念并未被多數(shù)人所接受。
直到數(shù)年后,能為發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)更多動(dòng)力的增壓器才開(kāi)始逐步進(jìn)入實(shí)用階段。1925年,兩艘德國(guó)船只上首次成功應(yīng)用了2000馬力的渦輪增壓柴油機(jī),這也促使Buchi博士的廢氣渦輪增壓器很快在歐洲、美國(guó)和日本獲得了生產(chǎn)權(quán)。從20世紀(jì)30年代開(kāi)始,增壓器被大量運(yùn)用到船只、有軌機(jī)動(dòng)車(chē)及固定式機(jī)器。
不過(guò),增壓器歸初的廣泛應(yīng)用卻是在航空工業(yè)。第一次世界大戰(zhàn)期間,為了讓飛機(jī)(當(dāng)時(shí)都是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī))獲得更快的速度和更高的升限,軍用飛機(jī)率先試探性地使用了這兩種不同的增壓裝置。不久之后爆發(fā)的第二次世界大戰(zhàn)進(jìn)一步刺激了技術(shù)方面的長(zhǎng)足進(jìn)步。最著名的采用渦輪增壓技術(shù)的大概就是二戰(zhàn)末期轟炸柏林的主力轟炸機(jī)型B17“空中堡壘”了,其動(dòng)力系統(tǒng)安裝了通用電器公司生產(chǎn)的渦輪增壓器和Garrett生產(chǎn)的冷卻器。而生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的勞斯萊斯則以機(jī)械增壓器著稱,英軍主力戰(zhàn)斗機(jī)“噴火”和轟炸機(jī)“蘭開(kāi)斯特”,以及美軍的P51“野馬”戰(zhàn)斗要等,都裝有二戰(zhàn)期間最出色的勞斯萊斯“灰背隼”發(fā)動(dòng)機(jī)。
至于在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用,機(jī)械增壓器無(wú)穎更先得到青睞,產(chǎn)品成熟也相對(duì)早很多。20世紀(jì)20-30年代,當(dāng)價(jià)格高昂的渦輪增壓器仍然只被用在航空領(lǐng)域時(shí),機(jī)械增壓器已早就橫掃歐美各大賽道了。那個(gè)年代知名度最高的兩部賽車(chē)分別來(lái)自AUTO UNION(奧迪的前身)和奔馳。AUTO UNION在賽車(chē)上安裝了一臺(tái)增壓值為1.8巴的兩級(jí)機(jī)械增壓6.0升發(fā)動(dòng)機(jī),壓縮比9.2:1,并以甲醇作為燃料,在5000轉(zhuǎn)/分時(shí)可輸出520馬力的最大功率,另一部同樣采用兩級(jí)機(jī)械增壓器的奔馳M125則能釋放出646馬力。
渦輪增壓器進(jìn)入汽車(chē)愛(ài)好者的視野已是數(shù)十年以后的事情了。進(jìn)入50年代,GRAND PRIX大獎(jiǎng)賽規(guī)則進(jìn)行了修改,使得法拉利的自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸在歐洲賽場(chǎng)顯現(xiàn)統(tǒng)治地位,機(jī)械增壓器開(kāi)始從賽場(chǎng)上引退,并從此大量進(jìn)入了高性能改裝車(chē)市場(chǎng)。由于沒(méi)有功率限制,很多公司陸續(xù)生產(chǎn)了更強(qiáng)力的機(jī)械增壓器,而唯一對(duì)這種裝置的制約可能就是價(jià)格了。
60年代對(duì)機(jī)械增壓器貢獻(xiàn)最大的應(yīng)屬美國(guó)。隨著小型化機(jī)械增壓器的大批出現(xiàn)和可以直接安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上的便利性,追求大功率的車(chē)迷對(duì)V8發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改裝后往往都會(huì)再安上一個(gè)夸張的機(jī)械增壓器。這期間最具代表性的可能就是McCulloch和Frenzel等企業(yè)了。進(jìn)入70年代后,為了能在NASCAR比賽中與雪佛蘭的V8發(fā)動(dòng)機(jī)一爭(zhēng)高下,福特請(qǐng)McCulloch為其專門(mén)設(shè)計(jì)機(jī)械增壓器,而400米直線競(jìng)速也推動(dòng)了增壓發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)靡美國(guó)市場(chǎng)。
很明顯,渦輪增壓器的使用歷史遠(yuǎn)沒(méi)有機(jī)械增壓器那么輝煌顯赫。直到20世紀(jì)50年代,航空燃?xì)廨啓C(jī)的出現(xiàn)帶動(dòng)了耐熱材料的發(fā)展和開(kāi)發(fā)高溫材料的精密鑄件技術(shù)的重大革新,對(duì)渦輪增壓器的發(fā)展產(chǎn)生了意義深遠(yuǎn)的影響。此外,滑動(dòng)軸承的發(fā)明也為其進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。借助于滑動(dòng)軸承,目前廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速普遍能達(dá)到150000-170000轉(zhuǎn)/分,這是傳統(tǒng)的滾珠軸承難以企及的。
以生產(chǎn)航空渦輪增壓器著稱的Garrett公司最終解決了渦輪增壓器的技術(shù)屏障,推動(dòng)了渦輪增壓器進(jìn)入民用汽車(chē)市場(chǎng)。不過(guò)當(dāng)60年代渦輪增壓器第一次使用于雪佛蘭民用車(chē)上時(shí),幾乎是以悲劇收?qǐng)龅?,它因可靠性較差很快退出了市場(chǎng)。不過(guò)在商用車(chē)領(lǐng)域,渦輪增壓器的發(fā)展歷程倒是相對(duì)順利。從50年代,康明斯、沃爾沃和斯堪尼亞等主要的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商開(kāi)始研究在卡車(chē)上運(yùn)用廢氣渦輪增壓器技術(shù),而德國(guó)工程師kurt Beirer設(shè)計(jì)出了一臺(tái)結(jié)構(gòu)緊湊的廢氣渦輪增壓器,解決了自身體積過(guò)大,并在柴油卡車(chē)上得到廣泛運(yùn)用。
渦輪增壓器真正在民用柴油車(chē)上大批使用已經(jīng)是70年代了,奔馳300SD和大眾高爾夫增壓柴油版是當(dāng)時(shí)最具代表性的車(chē)輛了。使用渦輪增壓器也突然變?yōu)榉浅r(shí)髦的事情,各公司都有起碼一款高配置的車(chē)型使用該裝置,甚至被視為高科技和高檔的象征。那個(gè)時(shí)代下誕生了不少即使現(xiàn)在看來(lái)仍十分經(jīng)典的車(chē)型,比如1973年款寶馬2002Turbo、1974年款保時(shí)捷911 Turbo,以及稍晚的薩博900 Turbo等等,甚至法拉利都推出過(guò)幾款渦輪增壓車(chē)型。
二十多年后的今天,增壓器已不再單純地用來(lái)提升運(yùn)動(dòng)性能,同樣也是改善燃油經(jīng)濟(jì)性和降低排放污染物的有效手段,因?yàn)樗苤苯佑行У貎?yōu)化燃燒效率。不過(guò)正如你可能了解到的,直到目前炎上,增壓器在汽油機(jī)上的運(yùn)用遠(yuǎn)不如在柴油機(jī)上廣泛,因?yàn)閺募夹g(shù)特性來(lái)看,柴油機(jī)更需要增壓器的幫助。
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