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終戰日特輯丨飛機教給汽車的那點事兒(三):渦輪增壓

1945年8月15日,日本在東京灣衣阿華戰艦上宣布接受《波茨坦公告》,無條件投降,持續六年的世界反法西斯戰爭終於取得了全面勝利,史稱「終戰日」。出於軍事需要,戰爭期間世界各國(尤其是歐美)的航空工業均取得長足發展,很多當時研究的技術在戰後轉為民用或發散到其它領域。在8月15日這個特殊的紀念日里,汽車華爾街策劃了一組特殊的選題,我們將帶大家了解那些誕生在戰爭中、又服務於和平年代的科學技術。

願世界和平

對於喜愛性能的人來說,turbo是個讓人又愛又恨的詞。愛它,因為它能夠在有限的排量內,爆發更大更驚人的動力;恨它,因為它減少了大排量自然吸氣所帶來的快感。

渦輪增壓的原理也沒什麼複雜的,大家都知道活塞發動機需要靠活塞運動壓入空氣,燃燒燃料來為機體提供動能。而渦輪增壓就是把空氣提前壓縮,這樣就可以始更多的空氣進入氣缸輔助燃燒,增強功率。

聽不明白嗎?簡單說吧,就是加大了前戲的力度讓活塞運動進行得更爽——這樣總可以了吧!

真是的,人家好歹一把年紀了,說出去也是德藝雙馨,非得逼人家開車。

和ABS系統一樣,渦輪增壓技術最早也是用在飛機上的。

19世紀末,人類能hold住的飛機大部分都是使用活塞發動機的螺旋槳飛機,飛著飛著出現了問題:飛得越高空氣越稀薄,發動機壓入的空氣不夠,動力下降,飛機就像火雞一樣稀里嘩啦地往下掉。

工程師一看這可不行啊,飛機和飛行員都是錢燒出來的,死於缺氧可太憋屈了,而且返修率太高都影響我的KPI了。

想轍吧。

不久之後的1905年,瑞士工程師Alfred J Buchi(阿爾佛雷德·J·波西)博士首先提出了渦輪增壓的設想,並且很快申請到德國的「動力驅動軸向增壓器」專利。

Alfred J Buchi博士

渦輪增壓的提出其實是動力發展史上很重要的一頁,但顯然漢語世界並沒有意識到這一點——在百度里搜索阿爾佛雷德·J·波西,出來結果最多的居然是王爾德和他的同性小情人阿爾弗雷德·道格拉斯爵士的風流情史,而且有的還描寫得很黃暴(別問我怎麼知道的),這真是……太超速駕駛了。

1914年一戰爆發,歐洲的航空工程師們先後在自家戰機上試驗渦輪增壓技術,取得了初步的成功。1918年,哪哪都有他的攪屎棍美帝又不甘寂寞地出現了,美國工程師在著名的「自由」V12缸航空發動機上安裝了渦輪增壓器,使得飛機發動機的功率大大提升。

二戰時期由凱迪拉克代工生產的艾利遜V1710活塞式航空發動機

一戰之後沒消停多久,二戰又轟轟烈烈地開撕。在此期間,美國在大功率渦輪增壓航空發動機技術上取得了巨大突破,生產出了一系列超級強悍的航空發動機,比如R1820、R2800和艾利遜V1710等等。這些發動機讓美國的戰鬥機和轟炸機有如掛逼附體,指哪打哪,實力碾壓。後面你們都知道了,裝備優良的美軍為反法西斯鬥爭的最終勝利起到了決定性的支撐作用,戰後美帝也靠著戰爭紅利坐上了世界頭把交椅。

不過話說回來,德國的工業水平在世界上也是排得上號的,德系裝備也是很多國家爭搶的暢銷產品,為什麼德軍就沒有在飛機上安裝渦輪增壓器呢?

天地良心,德軍一直在研究,但從未能超越。原因就在於,製作渦輪增壓器的原材料可不是隨隨便便大煉幾年鋼鐵就能煉出來的,它需要幾種特殊的耐熱金屬壓成合金再進行加工。看看那些國家,德國,義大利,日本,匈牙利……看起來就不是什麼礦藏豐富的地方。所以對當時的軸心國成員來說,大規模列裝渦輪增壓器是十分困難的事情。別說軸心國了,縱觀二戰期間的全世界,也就只有美國足夠財大氣粗,用起渦輪增壓來像不花錢似的。

車用渦輪增壓器結構示意圖

二戰結束后,隨著渦輪噴氣發動機的流行,活塞式航空發動機漸漸地淡出航空領域,不過並沒有就此銷聲匿跡,而是被汽車工程師撿到寶一樣拿走了。汽車工程師們覺得飛機上淘汰的玩意改吧改吧應該能用在汽車上吧,於是1961年,歐洲工程師開始往汽車上裝增壓器。但是由於增壓器剛從飛機上下來有點水土不服,最開始的效果並不是特別理想。

第一款裝備渦輪增壓發動機的汽車Jetfire Rocket

到了1962年,有錢有閑的美國人又出來搶鏡了——通用開始在其量產車型Oldsmobile Jetfire Rocket上裝渦輪增壓發動機。不過由於這台車的原裝V8發動機和渦輪增壓器合作得不是很愉快,增壓器的部件經常被燒毀,搞得車主經常也不是很愉快。

薩博99

而來自瑞典的已經千古的汽車品牌薩博,第一次把成熟的渦輪增壓技術真正應用到汽車上。在1977年問世的薩博99汽車上裝備的2.0升渦輪增壓發動機,功率提高了23%,扭矩提高了45%。薩博99的誕生宣告了汽車產業一個新時代的誕生:渦輪增壓技術改寫了「排量大小決定功率」的傳統概念。時至今日渦增壓技術輪仍是提高發動機動力最有效的方法之一,被廣大汽車廠商所採用。

凱迪拉克LGW 3.0TT發動機

隨著科技的進步,渦輪增壓器已經變得部件更少、體積更小、轉速更高,空氣壓縮比更優。隨著新的耐高溫材料、新的平衡技術和微量潤滑油軸承系統及全新電子控制的使用,渦輪增壓器這誕生在航空發動機的技術對於今後的汽車還同樣起著重要的作用。



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