Garretten Greddy:涡轮革命的赛道与街头传奇

1905年获得专利的涡轮增压器,将尾气中被浪费的能量转化为动力,在赛车运动中造就了1000马力的猛兽,并一路延伸到民用街道.
1905年获得专利的涡轮增压器,将尾气中被浪费的能量转化为动力,在赛车运动中造就了1000马力的猛兽,并一路延伸到民用街道.

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涡轮增压器是一种机械装置,它回收废气的能量,将更多空气压缩送入发动机; 它在1905年获得首个专利,从赛车场一路走来,如今已成为量产汽车的中坚力量. 在本页面中,你将沿着一条时间线追踪这段历史:从1938年的首个卡车应用,到1962年的首批量产汽车,从保时捷1000马力的Can-Am怪兽,到Formula 1的涡轮时代,再到石油危机后小排量涡轮增压发动机的崛起.

亮点

  • 首批涡轮增压量产汽车: 1962 Chevrolet Corvair Monza Spyder 与 Oldsmobile Jetfire
  • Porsche 917/30 Can-Am: 排位赛中超过1500马力, 32 psi增压
  • Formula 1 涡轮时代: 1977-1988,巅峰期每升排量估计1000马力
  • Porsche 917/30 在 Talladega 创下221.160 mph圈速纪录 (1975)
  • 现代小型化技术使小型涡轮增压发动机的燃油经济性提升20-30%

涡轮增压器的历史: 一个诞生于废气的想法

涡轮增压的基本原理简单,而且在工程上非常优雅: 从发动机排出的废气本身就携带能量; 用涡轮回收这些能量,并驱动同一根轴上的压气机压缩进气. 与机械增压器不同,这股动力并非来自发动机的曲轴,而是来自大多被浪费掉的废气气流. 这一想法随1905年的首个专利正式确立,但它进入汽车领域却花了四十多年.

首次商用车辆应用发生在一辆道路运输车辆上: 瑞士制造商 Saurer 于1938年推出了涡轮增压卡车发动机. 在欧洲,涡轮增压柴油公路卡车在第二次 世界大战前夕出现,而战时的航空业使这项技术走向成熟. 像 P-38、B-17 和 P-47 这样的涡轮增压军用飞机,利用废气能量,与机械增压不同,能在高空保持性能.

1962: 首批量产涡轮增压汽车驶上道路

涡轮增压器与量产汽车的首次相遇,发生在同一车型年的两款通用汽车产品上: Chevrolet Corvair Monza Spyder 和 Oldsmobile Jetfire. Oldsmobile 通过涡轮将215立方英寸 V8 发动机的功率从155马力提升到215马力; Chevrolet 则将145立方英寸直六发动机的功率从98马力提升到150马力. 两套系统都采用约5 psi增压和化油器式“吸入式”布置——以今天的标准来看相当保守,但在当时却是突破性的动力提升.

Jetfire 的道路更为短暂. 该车型为了控制低压缩比发动机上不可避免的爆震,需要一种名为 Turbo-Rocket fluid 的甲醇-水喷射系统,在约9600辆的产量后,仅两个车型年便退出生产. Corvair 则销售了五年,售出超过50000辆,该选装配置在1966车型年末被取消. 简而言之,涡轮增压器在首次尝试中是一个技术上正确、但商业上为时过早的想法.

赛车场上的涡轮增压: 从印第500到Can-Am巨兽

Porsche 917/10 ve 917/30, Can-Am serisinde egzozdan yaklaşık 1.500 beygire ulaşan ikiz turboşarjıyla dönemin en güçlü yarış araçlarından biri oldu.

涡轮增压进入汽车运动的时间早于量产车. 1952年,Cummins的6.4升涡轮增压柴油Kurtis Kraft特制赛车与Fred Agabashian一起在印第500拿下杆位; 但因吞噬赛道碎屑的空气滤清器问题而退赛. 真正的爆发始于1966年首批涡轮增压Offenhauser发动机出现在发车格上; 1968年Bobby Unser驾驶涡轮增压Offy赢得印第500,这些发动机在排位赛中能以54 psi增压输出1,200马力. 1973年的致命事故之后,增压被限制在约39 psi.

保时捷917/10与917/30: 从排气端输出1,500马力

由于3升发动机规则,保时捷无法继续使用917的4.5升发动机. 在Ferdinand Piëch的主持下,由Hans Mezger和Valentin Schäffer领导的团队将发动机通过双排气涡轮增压器提升至1,000 PS(735 kW). 1971年7月30日,Jo Siffert在霍根海姆赛道首次驾驶涡轮增压917/10. 随后的917/30,凭借5.4升双涡轮水平对置12缸发动机,在排位赛中输出超过1,500马力的功率,增压可达32 psi. Mark Donohue在1973年Can-Am赛季的8场比赛中赢了6场; 1975年他在塔拉迪加创下221,160 mph的圈速纪录. 这辆车配备了车手可控的增压调节装置,加上1972年版本的油门响应被形容为"开关式",展现了涡轮增压迟滞最极端的一面.

一级方程式的涡轮增压时代: 从1977年到1988年

雷诺RS01于1977年在银石开启了一级方程式的涡轮增压时代. 这辆以单涡轮和500马力登场的赛车被对手戏称为"yellow teapot"——黄色茶壶. 这种轻视没有持续多久: 1979年RS10带来了双涡轮和中冷器,Jean-Pierre Jabouille在第戎的胜利使涡轮增压成为认真的选择. 到1983年,BMW、本田、雷诺、阿尔法·罗密欧、Hart和TAG/保时捷都在供应涡轮发动机; 排位赛中据称有45 psi增压和700马力. 1985年,增压达到5.5 bar (约82 psi),估计输出1,500马力 ——每升1,000马力,驱动1,200磅重的赛车.

这个时代的终章是一场表演: 1988年,凭借McLaren MP4/4和本田RA168E双涡轮V6,塞纳和普罗斯特在16场比赛中赢下15场. FIA从1989赛季起禁止涡轮增压发动机; 因此有些赛历将这一时代在1988年画上句号,有些则在1989年——实际上区别只是最后一批赛车参赛的年份与禁令生效的年份之间一年的错位.

驶入民用车: 70年代的艰难崛起与80年代的黄金时代

赛车技术回归民用车之路并非一条直线. BMW 2002 Turbo (1973-74) 输出170马力和240磅-英尺扭矩,仅以6.9:1的压缩比生产了1,672台,且未正式进口到美国. 同年, 保时捷911 Turbo (930) 以1975款车型提供3.0升排量和260马力; "鲸尾"扰流板之下的高性能,伴随着明显的油门迟滞和突然转向过度的倾向. 这些赛车表明,涡轮迟滞和可控性问题在当时仍未得到解决.

更安静但更持久的一步来自梅赛德斯: OM617A涡轮增压柴油发动机于1978年随W116轿车成为首款量产涡轮增压柴油汽车,开启了涡轮增压开始与燃油效率和低排放联系在一起的时代. 到了80年代,车型的性格变得多样化: 法拉利288 GTO (1984) 以其2.8升双IHI涡轮V8发动机输出400马力,仅生产了277台,并为F40奠定了基础. 别克Grand National / GNX (1987) 凭借547台的GNX版本将0-60加速缩短至约5秒,以13.2秒完成四分之一英里,成为当时加速最快的GM产品. 在克莱斯勒方面, 1984年的道奇Daytona和普利茅斯Laser提供了146马力的Garrett涡轮增压器; 1986年的Shelby GLHS将其提升至175马力. 首款量产可变几何涡轮增压 (VGT) 应用则出现在1989年的一款克莱斯勒CSX变体上.

日本制造商在80年代的爆发

80年代,日本制造商将涡轮增压与轻量化底盘和源自赛车运动的技术相结合,不断挑战极限; 这个时期因涡轮增压的日产、转子马自达和本田的高转速发动机而被誉为"黄金时代". 这一脉络在90年代延续,涌现出日产Skyline GT-R R32-R34、本田NSX、马自达RX-7 FD、丰田Supra MK4和斯巴鲁Impreza WRX STI等标志车型. 保时捷的赛车部门也没有放弃涡轮: 956在1982年凭借其2.8升双涡轮增压发动机在勒芒包揽了前三名; 为美国市场开发的962则从1984年起连续4年赢得IMSA冠军.

石油危机与小排量化: 涡轮增压为何主导了量产车?

涡轮增压在街车上的第二个春天,并非源于性能追求,而是来自经济压力. 1973年OPEC禁运之后,美国汽车出现了动力下降; 小排量化直接作为对这场危机的回应而开始,并催生了CAFE燃油经济性标准. 虽然向小型汽车的转变在首次禁运之前已经开始,但危机使这一进程变得不可逆转. 1970年以前的大型V8发动机以5.7-7.5升的排量和高马力为标准; 那幅图景开始走向终结.

在现代发动机小排量化中,用小型涡轮发动机取代大型自然吸气发动机,可实现20%-30%的燃油经济性提升; 预计福特车队的大部分将由EcoBoost驱动,这一预测正概括了这个方向. 涡轮置于两侧气缸体之间的hot-vee布局同样由Formula 1演变而来,首次量产出现在BMW N63发动机上; BMW和Mercedes在这种布局下可输出超过600马力的功率.

什么是涡轮迟滞,工程学又是如何战胜它的?

涡轮迟滞是指踩下油门的瞬间,涡轮因转速不足而导致动力延迟到来的现象; 在70年代的911 Turbo上,这种延迟曾是驾驶特性的决定因素. 工程学的应对沿三条主线展开:

  • 双涡流涡轮:将排气气流通过独立通道送达涡轮,从而减少干涉并加快响应; 这需要分割式涡轮进气壳和排气歧管.
  • 并联双涡轮: 使用两个更小的涡轮; 由于每个涡轮需供给的排量更小,转得更快,在相同功率下延迟更少.
  • 小涡轮 + 高效流动: 更小的涡轮在更低转速下即可高效工作; 双涡流设计通过优化这一气流,显著降低了迟滞.

其历史渊源也不容遗忘: Porsche 917/30上由车手控制的增压调节,是赛车世界中最早管理迟滞的方式之一. 如今,双流道和hot-vee布局已将迟滞降低到日常使用中难以察觉的程度.

结论: 从赛道到公路,从公路到发动机

涡轮增压的历史,讲述的不是某个部件,而是一种理念的故事: 不让能量白白流失. 从Saurer卡车到Jetfire,从Offy发动机到RS01,从917/30到MP4/4,这条发展脉络在每一步都以不同尺度应用着同一物理原理. 石油危机后的缩小排量浪潮让这项技术不再只是选项,而成为标准配置. 如今,即使是输出超过600马力的hot-vee发动机,运行的仍是1905年的同一个构想——只是更安静、更高效、无迟滞.

参考资料