揭秘热V型涡轮增压发动机:科尼赛克Gemera的进化之路
科尼赛克最近宣布其 Gemera 将提供量产版 V8 发动机,这将是所谓的“hot Vee”型发动机。这意味着什么?为什么它很重要?要理解这一点,我们必须运用涡轮增压的基础知识,并将其应用到 V 形发动机上,例如法拉利 296 GTB中的 V6 ,尽管目前热门的 V8 发动机更为常见。
传统上,双涡轮增压 V6 或 V8 发动机的布局与自然吸气 V8 发动机几乎相同,进气歧管位于气缸体上方,位于两个气缸组的谷形或 V 形内。玛莎拉蒂 MC20 的 Nettuno V6 就是这种情况。排气歧管将位于气缸组的外侧。长期以来,这似乎是最好的解决方案,但与许多其他技术一样,赛车运动的严酷考验永远改变了我们对涡轮增压 V8 发动机的看法,“热涡轮”诞生了。
感谢法拉利和一级方程式赛车提供的 Hot Vee
20 世纪 80 年代初,法拉利首次尝试涡轮增压一级方程式赛车,即 1981 年的Ferrari 126C。该发动机被称为 Tipo 021/1,取代了过时的水平对置 12 缸发动机。最初,这辆车的强制感应是作为 Comprex 压力波(或波转子)增压器,但它有几个问题,从未以这种形式参加比赛。如今,大多数增压器都使用不同的方法。
由于车内增压发动机的高度以及排气和进气混合等问题,法拉利尝试在发动机上安装一对 KKK 涡轮增压器,在此过程中创造了世界上第一台热 V 型双涡轮增压器-涡轮增压发动机。事实证明,这在最高形式的赛车运动中具有竞争力,尽管这个概念需要一些改进(它只为两个涡轮增压器使用一个废气旁通阀),但法拉利首先想到了它。
什么是热 V 型发动机?
还记得传统的涡轮增压 V8 发动机如何将涡轮置于发动机外部吗?这是有道理的,因为与自然吸气 V8 发动机相比,布局几乎不需要改变。但在热 V 型发动机中,您可以翻转气缸组,使排气口位于凹谷的内侧而不是外侧。这意味着涡轮增压器位于其供气端口旁边,因此气缸组之间不再有太多空间。由于这种情况以及该区域更高的温度,进气歧管现在变成了两部分,并且每个部分都重新定位在各个组的相对两侧,也就是涡轮增压器本来所在的位置。因此,进气歧管免受多余热量的影响,并且每侧可以做得更小,同时为燃烧室提供更多的空气量。
通常,热 V 形发动机通过双空对水中冷器进行冷却,因为它们的尺寸比单个大型空对空中冷器更有效。基本上,您会认为热 V 型发动机的设计目的是节省空间,而这正是它的作用。但还有更多好处。
热 V 型发动机有哪些优点?
Hot Vee 的设计是有原因的,那么它们有什么好处呢?
尺寸
最大的好处之一无疑是更紧凑的包装可能性。随着现代汽车变得越来越重,配备了需要额外传感器和线束的笨重技术,发动机舱中留给发动机的空间不断减少。
放置在 V 形内的涡轮机释放了发动机缸体外部的一些空间,这些空间来自涡轮机和废气门本身,以及较短的排气歧管,通过落水管直接从发动机延伸到涡轮机的引流器,并进入排气管。在冷 V 型 V8 发动机中,废气必须绕过转向柱和其他主要部件。这里不需要这些。甚至进气歧管的管道通常也可以减少,两个较小的中冷器与一个顶部或前置的大型中冷器相比,还可以为您提供免费的引擎盖下的空间。
但对于福特“Scorpion”Power Stroke V8 柴油机(一款 6.7 升的庞然大物)来说,尺寸并不是那么令人担忧,那么还有什么其他好处呢?
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重量
更少的组件和更少的管道有助于降低总体重量和成本,但更大的好处是可以分散重量。在Mercedes-AMG GT中,发动机缸体仅从前轴后面开始,使其成为前置中置发动机。如果没有热 V 形装置,排气歧管就会过于庞大。有了它,汽车就具有更好的操控特性,而无需对悬架、轮胎或底盘本身进行任何额外的开发。
必须注意的是,热V型发动机一般比冷V型发动机高,这使得发动机本身的重心较差。然而,通常情况下,这种设置的紧凑宽度以及较短的进气和排气热 V 线,为创造性的发动机放置创造了更多机会,从而改善了横向和纵向的整体重量平衡。更换或升级涡轮通常也很容易。
表现
是的,涡轮机——尤其是那些并排放置的涡轮机——会产生大量的热量。但这对于涡轮增压器来说是一件好事。不是为了摄入,不。但对于涡轮增压来说,绝对是这样。涡轮机加热得越早,它就能越早发挥最佳性能。这是因为热空气是涡轮机的命脉:随着空气升温,空气压力下降,从而增加其达到峰值速度的倾向。基本上,热涡轮机是快乐的涡轮机。当然,鲁莽的增压和正时配置可能会导致涡轮机过热或过度运转,但这取决于调整,而不是布局。
来自涡轮增压器的热量也进入催化转化器,催化转化器位于排出器后面,有助于吸收部分热能。这些越早变热,它们就能越早完成工作。
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热 V 形还将进气歧管放置在发动机下方,上升的热量无法到达它们,并且单独的进气口保证了进气温度较低,并且更容易排除潜在的增压泄漏。
此外,V 型发动机的点火顺序会使涡轮控制变得困难,因为叶轮速度在发动机运行期间不断变化。为了解决这个问题,您需要大量多余的管道来稳定泵入涡轮增压器的空气压力,从而使其更加可预测,并且发动机能够干净地点火。由于涡轮靠近发动机,热 V 形消除了这种需求,可以解锁更敏锐的增压控制,同时提高效率和性能,同时大大减少爆震(也称为过早爆炸)的威胁。
另一个很大的好处是油门响应,因为涡轮增压器离燃烧室更近,这意味着当您踩油门时,它们的旋转速度更快。
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热 V 型发动机有哪些缺点?
任何有优点的东西都会有缺点,虽然热 V 形发动机风靡一时,但它们也有自己的缺点。
尺寸
这是一把双刃剑。虽然发动机部件的整体占地面积已经缩小,但涡轮增压器的尺寸也必须缩小。这意味着涡轮迟滞更少,但功率也更少。对于冷 V 形发动机,涡轮增压器的尺寸取决于发动机舱的空间。对于热 V 形发动机,涡轮的尺寸取决于 V 形角度的宽度或窄度以及允许的空间大小。这就是为什么科尼赛克 Gemera 的发动机不会像Jesko那样发挥作用,这里有更多的空间容纳更大的涡轮机,以及更大的落水管和进气口。这两款车的优缺点差异是通过这些发动机周围的其他组件来衡量的,包括混合动力系统。这是另一天的故事,但重点是,特别是从售后市场调整的角度来看,对于热 V 型发动机来说,大型涡轮增压器的范围要小得多。
SSC Tuatara 和 Hoonicorn 使用冷 V 形配置。
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热
又是一把双刃剑。热涡轮机是快乐的涡轮机,但涡轮机变得太热会导致灾难。由于热 V 形装置中的涡轮机较小,提取动力通常意味着更高的增压压力,导致它们以更高的速度旋转并产生更多的热量。由于涡轮机位于有限的空间内,爆炸会迅速产生热量,这使得情况变得更加复杂。
冷 V 形涡轮设置将涡轮机的三个侧面暴露在“冷”空气中,而热 V 形配置则相反,需要独特的冷却解决方案。AMG GT 是通过冷空气流经通气管来做到这一点的,通气管在行驶时流入 V 字形,而在静止时,襟翼关闭以防止热空气被拉回该区域。
调音
这是一个小问题,但由于一切都如此紧密地结合在一起并且如此精细地控制,因此在第一次开发它时让热 V 形装置工作可能是一个挑战。最大的问题是 V 型发动机的点火顺序有时会扰乱叶轮的不规则旋转,因为这会不断改变其转速。让燃油和空气在正确的时间脉冲和混合至关重要,对于那些希望通过售后改装套件从 V8 发动机中获取更多性能的人来说,有时风险可能大于其价值。话虽如此,冷 V 型发动机也是如此,总体而言,优点远大于缺点。
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谁制造了第一台 Hot V 型发动机?
正如我们之前讨论的,法拉利生产并推广了热 V 型发动机在赛车中的首次应用,但第一款采用该概念的量产车是2008 年的BMW X6 xDrive50i,配备 N63 V8 发动机。该发动机的改进版至今仍在使用,其高性能对应产品 S68 多年来已在多款快速轿车和 SUV 中找到了应用,包括最新的 X5 M 和 X6 M。
顺便说一句,梅赛德斯-AMG声称我们之前提到的AMG GT是第一款配备热V型发动机的量产跑车,其4.0升双涡轮增压V8发动机也出现在新款阿斯顿马丁 DB12 . 奥迪还生产热门 V 型发动机,如RS5 竞赛型汽车中使用的 2.9 升双涡轮增压 V6 发动机,以及大众汽车集团在奥迪 RS6、保时捷卡宴和兰博基尼乌鲁斯,仅举几例。迈凯伦Artura拥有热门的 V 形六缸发动机。
无论是宝马的热V型发动机、奔驰的热V型发动机,还是奥迪的“热V型涡轮”发动机,它们都采用相同的原理。