涡轮增压发动机和自然吸气发动机相比,寿命较短是否会导致故障率增高?类似的问题在不同阶段的答案可能不相同,但在废气涡轮增压技术普及的初期阶段,“t动力”汽车的维护成本确实会高于自然进气。由于受材料学技术升级速度的限制,增压器使用的材料和散热系统不能保证寿命。增压器的涡轮需要以每分钟数万转的高转速运行,其产生的超高温会加速材料的金属疲劳(破损),因此增压器组件往往只有10多万公里的寿命。
增压的概念是压缩进入发动机燃烧的空气的体积,将大体积的空气压缩成小体积,本质是缩小空气中分子的间隙,实现“小体积大密度”的状态(提高氧分子的含量)。氧是燃料(烃)催化气体,其浓度越高,燃烧产生的热能(动力)越大,同时燃烧火焰温度也越高。因此,机体材料的温度也被夸大了,即使是没有早期充分成熟的增压器,也会在高温下产生一些问题,如更快地烧油、严重磨损等。
图1 )增压器运行时的空气压缩状态
图2 )空气压缩的概念(结果)
图3 )与氧浓度等量的燃料燃烧引起的火焰温度
涡轮增压发动机的问题集中在材料和温度上,解决问题当然从这两方面入手即可。作为非材料学的员工,只能“用结果引导”。早期数万转增压器的寿命已经很短,引起了机体磨损难以控制的问题,而今天的涡轮在超过10万转的超高压下,增压器组件的寿命可以保持与整车一样。另外,有油燃烧问题的增压器非常少,大多数优秀的自主品牌和美系汽车取得了良好的成绩,但欧系车也有油燃烧问题的品牌。这无非是因为这些设备过于追求性能,使用了高效的增压器,这叫做“进退两难”。
知识点1 )涡轮增压技术是否足够先进,最有说服力的参考不是普通的家用代步车,而是行驶里程大的商用客货卡车。这些车上99.99%的柴油发动机采用了“废气涡轮增压技术”,但行驶距离总是以百万公里计算的客车,他们的增压器寿命够长吗?——排量超过“10L”的压燃式超高温柴油发动机没有问题,但主流“2.0T”的点燃式汽油机没有任何隐患。
知识点2 )涡轮增压器不是“超高转速楞磨涡轮”。运行时需要油润滑,产生的高温会使防冻液和油一起润滑。当然,也有为了减少油损失而只通过冷却液实现温度调节的增压器。这样保证了金属铸件在合理的温度范围内,实现了材料强度始终处于良好的状态,磨损自然是理想的控制。其次,发动机的电子控制系统具有“延迟散热功能”。长时间运转后,即使直接熄火,电子风扇和冷却液也必须将温度降低到适当范围内才能自动停止。
综上所述,涡轮增压技术随着材料、油、防冻液、制造技术的进步,寿命实现得非常理想,维保成本最多会因半合成或全合成油的使用而略有上升。但是,全合成油10000公斤可以更换一次(覆盖过滤器),而普通的NA模型只要半合成或矿物油5000公斤更换一次滤油器,实际支付成本反而会更高。那么,除了通过增压技术实现低转速高输出(低油耗),在不考虑油耗的情况下获得全转速区间的理想驾驶体验之外,选择这台发动机还有什么障碍吗?