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[其他] 全新V8双涡轮增压发动机

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发表于 2015-6-27 23:49:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
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法拉利开始重新采用20世纪80年代风靡超级跑车界的涡轮增压方式,但是,除了双涡流涡轮增压技术之外,这种搭载于加利福尼亚T型跑车的新颖发动机还有许多的创新。
        自从法拉利将用于道路行驶的涡轮增压发动机投放市场以来,已经有相当一段时间了。尤其是自1987年在F40和2.9L F120A八缸发动机上使用了此种技术受到人们的普遍赞扬之后,法拉利一直沿着自然吸气的方式,制造出了一系列功率强大的V8、V12和F12发动机,似乎涡轮增压发动机技术已被舍弃。直至2014年3月的日内瓦车展上,投放市场的新加利福尼亚T型超级跑车着实让业内人士眼睛一亮,而这不仅仅是因为其搭载了3.85L V8双涡流涡轮增压发动机的缘故。
        随着节能减排意识的增强以及发动机小型化的发展趋势,加利福尼亚T型跑车直喷90°V8发动机的问世简直就是恰逢其时,而且现在涡轮增压技术又被应用到法拉利最新的F1单座汽车上。法拉利技术总监Roberto Fedeli先生表示,尽管已经缺席很长一段时间,但是他们在将涡轮增压技术应用于发动机方面已经考虑了相当长的时间。“早在2008年,我们就开始了某些方法的研究工作,诸如有关声音、动力输出、转矩曲线和克服涡轮增压滞后等方面的研究。而对涡轮增压8缸发动机的开发,实际上是在4年前相关专有技术到位时就开始了。”Roberto Fedeli先生如是说。
       

全新V8双涡轮增压发动机

全新V8双涡轮增压发动机

        图1 除了创新性的双涡流涡轮以外,加利福尼亚T型车的动力系通过降低惯量和采用F 1衍生出来的水平对卧曲轴解决了涡轮滞后的问题

        强劲的动力性能
        法拉利重点考虑的三大特色是声音、直接和平稳地将转矩传递给车轮以及转矩曲线。对于后者,Roberto Fedeli先生说:“一般而言,当驾驶涡轮增压发动机车辆时,将会有一个非常扁平的转矩曲线,也就是说,驾驶人员所感觉到的加速度是恒定的。我们不想让这种东西成为加利福尼亚T型跑车所拥有的特性,而是希望加速度能随着转速的增加而增加。这样,驾驶者就能在座椅上感觉到汽车的动力,将汽车推向其极限。”
        加利福尼亚T型车并不缺少这种强劲性能:转速为750r/min时,功率为412kW (560hp);转速为4750r/min时,转矩为755N.m。与先前的加利福尼亚T型车相比,涡轮增压V8发动机第七档位的转矩增加了40%。所有这些最终转换为3.6s从静止到100km/h的超快加速时间,从200km/h至制动停止的时间为11.2s,这也给人们留下了深刻的印象。这是以两种转矩为基础而实现的目标,那么更加重要的噪声系数又如何呢?
        为了确保涡轮增压V8发动机拥有让人兴奋不已的声道,使人不由得想起法拉利典型的动力装置,结果创造了被Roberto Fedeli先生称谓的“复杂技术解决方案”。排气集管是用焊接铸钢零件制作的,同等长度的管子增强了燃烧谐波及排气质量。为了进一步增强V8发动机声响因素完美地使用了法拉利的经典水平对卧曲轴。这样,即使在增加了涡轮增压器的情况下,也能在两个气缸组之间提供点火,并降低旋转质量和惯量。另外,排气集管也不是得益于某些复杂尖端制造工艺的惟一发动机子系统,直接从法拉利车队活动借用而来的排气歧管及增压器外壳是采用三件套铸件制造的。
       

全新V8双涡轮增压发动机

全新V8双涡轮增压发动机

        图2 V8发动机的高效率源自于创新的发动机技术,包括涡轮增压技术的使用、发动机尺寸更小以及增加的变速器速比等

        在开发F154BB的过程中, 同样重要的是克服任何条件下的涡轮增压滞后,尽量减少节气门响应时间,这就是为什么Roberto Fedeli先生及其团队选择了双涡流涡轮增压器,借以确保更加快速的发动机加速时间。他介绍道:“这种配置之所以被认为是新型加利福尼亚T型车的最佳技术选择,其原因有好几个:首先,可使得从气缸进入涡轮机的排气脉动实现最佳化,结果使每个涡轮涡流的压力尖峰相等,这样就减少了滞后;同时,由于创新性和结构紧凑的涡轮机的惯量力矩更加低,可以尽量缩短响应时间;除了在确保新V8发动机声音能像典型法拉利发动机那样以外,水平对卧曲轴的紧凑尺寸和较轻的旋转质量能在减少双涡流涡轮机尺寸的同时,还确保了仅仅1s的快速节气门响应时间。让人印象深刻的是,与加利福尼亚T型车细分部分性能最好的发动机相比,这种响应时间即使在较低发动机转速状态下,也还是快了大约50%。”
       

全新V8双涡轮增压发动机

全新V8双涡轮增压发动机

        图3 加利福尼亚T型车标志着涡轮增压技术首次返回法拉利

        高效、节能、小型化
        就燃油消耗而言,新加利福尼亚T型车就比之前的车型低15%,联合循环时,排放降低到每公里250g,单位功率CO2排放比相当于降低20%。这些绿色环保品质多数都来自于采用更加新颖、更小巧的3855ml直喷涡轮增压发动机取代4297ml自然吸气V8发动机。但其他高端措施也起到一定作用,其中包括用于使燃烧效率最大化的高滚流进气歧管和离子传感系统的使用,在宽泛的发动机转速范围内,在高负荷及低负荷期间,这种离子传感系统具备适应性点火和多火花功能,可以优化燃烧过程。另外,新的润滑系统配备可变排量油泵,在高压或低压状态下都能供应润滑油,与常规油泵相比,液压动力需求降低30%。最后,由于使用配备滚柱手指随动装置的气缸盖,在低转速状态下,气门组系吸收的动力被减少了10%。
        Roberto Fedeli先生总结说:“这款V8发动机的高效率来自于创新的发动机技术,包括涡轮增压技术的使用、发动机尺寸更小以及更大的变速器速比等。我们有一款新的传动装置,能以更好的方式使其拥有更大的转矩。不过,这些转矩没有用于增加加速度和满足每转加速目标,而是用于降低燃油消耗。”总之,与先前装置相比,F1双离合器变速器上的速比平均增加14.8%,而在第七档位上速比增加了23%。除了降低燃耗外,新装置还使得纵向加速提高了4.3%。
       

全新V8双涡轮增压发动机

全新V8双涡轮增压发动机

        图4 加利福尼亚T型车的最高速度为316km/h,能在3.6s内加速到100km/h

        对燃油消耗有进一步帮助,而且与变速器密切合作的,还有一款新的可变增压管理系统,该系统与ECU整合在一起,对转矩输出进行调整,使之符合转速和啮合档位的要求。还有来自于德尔福公司的一款轻型HVAC系统,也对提高效率起到作用。某一级零部件供应商也为加利福尼亚T型车开发了一种完整的动力和信号分配系统,使得电气和电子系统能够正确发挥作用。
        与玛莎拉蒂发动机完全不同
        尽管F154BB以公司内部动力传动系开发作为参照系,但是新的法拉利发动机与公司内的其他发动机没有多少共同之处,也就是说与玛莎拉蒂发动机没有多少共同之处。某些媒体曾暗示,加利福尼亚T型车的发动机只不过是玛莎拉蒂3798ml V8 级别发动机的升级版本。对于这点,Roberto Fedeli先生及法拉利都矢口否认。“玛莎拉蒂对我们而言是重要的,因为可以共享供应商,这使得我们与供应商的关系更加牢靠,但这是与玛莎拉蒂惟一交叉的地方。与其不同的是,我们没有分享技术,因为我们的目标完全不同。例如,我们与玛莎拉蒂共享同样的涡轮增压器供应商,但是,使用的增压器类型完全不同,当然不仅仅包括尺寸上的不同。”Roberto Fedeli先生这样发表声明。
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