斯巴魯?shù)寞偪駥?shí)驗(yàn)：序列式-雙渦輪-水平對(duì)置-四缸發(fā)動(dòng)機(jī)

來(lái)源：CLauto酷樂(lè)汽車

如今的斯巴魯風(fēng)格趨于保守，始終堅(jiān)守自身熟知的技術(shù)領(lǐng)域，多年來(lái)對(duì)車型的升級(jí)也以漸進(jìn)式推進(jìn)，比如萬(wàn)年不變的CVT以及老舊的內(nèi)飾設(shè)計(jì)，即便推出新功能，往往也遠(yuǎn)晚于行業(yè)內(nèi)其他品牌。

但回溯20世紀(jì)90年代，斯巴魯卻以極具個(gè)性的“怪異”風(fēng)格和勇于嘗試的姿態(tài)著稱，其推出的序列式雙渦輪水平對(duì)置四缸發(fā)動(dòng)機(jī)便是典型例證，如今這款發(fā)動(dòng)機(jī)雖已鮮少被提及，但在當(dāng)時(shí)堪稱大膽的技術(shù)實(shí)驗(yàn)。

基本上這算是全球唯一一款搭載于量產(chǎn)汽車的雙渦輪汽油四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

部分車企曾研發(fā)過(guò)雙渦輪柴油四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，不過(guò)在此需澄清一點(diǎn)，寶馬的“雙渦管單渦輪”（Twin-Power Turbo）發(fā)動(dòng)機(jī)，本質(zhì)上僅采用一個(gè)雙渦管渦輪增壓器，并非兩個(gè)獨(dú)立渦輪。

因此，在雙渦輪汽油四缸發(fā)動(dòng)機(jī)這一領(lǐng)域，斯巴魯可謂獨(dú)樹一幟。

1993年，斯巴魯在第二代力獅車型上首次搭載這款雙渦輪水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)，而當(dāng)時(shí)序列式渦輪增壓技術(shù)正風(fēng)靡全球，保時(shí)捷率先在959車型上應(yīng)用序列式雙渦輪技術(shù)，隨后日本其他車企也紛紛跟進(jìn)。

在日本資產(chǎn)泡沫經(jīng)濟(jì)鼎盛時(shí)期，汽車行業(yè)的研發(fā)預(yù)算大幅增加，催生出序列式渦輪增壓等各類新技術(shù)。其中，豐田率先為旗下Supra Turbo車型配備2JZ-GTE直列六缸序列式雙渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)，成為日本車企中首個(gè)采用該技術(shù)的品牌。

緊接著，馬自達(dá)也為RX-7車型搭載了13B-REW雙轉(zhuǎn)子序列式雙渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。

序列式雙渦輪技術(shù)的設(shè)計(jì)理念并不復(fù)雜：小尺寸渦輪啟動(dòng)速度快，能在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速區(qū)間提供充足動(dòng)力，同時(shí)有效降低渦輪遲滯現(xiàn)象，但在高轉(zhuǎn)速區(qū)間會(huì)因進(jìn)氣量不足而動(dòng)力衰減；大尺寸渦輪則相反，啟動(dòng)所需時(shí)間更長(zhǎng)，即存在明顯渦輪遲滯，且需達(dá)到較高轉(zhuǎn)速才能進(jìn)入最佳增壓狀態(tài)，但在高轉(zhuǎn)速區(qū)間可輸出更強(qiáng)動(dòng)力。

序列式雙渦輪技術(shù)試圖實(shí)現(xiàn)“兩者優(yōu)勢(shì)的融合”：低轉(zhuǎn)速區(qū)間由經(jīng)過(guò)優(yōu)化的小渦輪單獨(dú)工作，高轉(zhuǎn)速區(qū)間則切換為經(jīng)過(guò)優(yōu)化的大渦輪負(fù)責(zé)。

具體而言，從發(fā)動(dòng)機(jī)怠速到3500-4500轉(zhuǎn)/分的區(qū)間內(nèi)，均由第一個(gè)（小）渦輪承擔(dān)增壓任務(wù)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到該區(qū)間上限時(shí)，部分排氣會(huì)被引導(dǎo)至第二個(gè)（大）渦輪，為其提前“預(yù)旋”。最終，兩個(gè)渦輪同時(shí)全力運(yùn)轉(zhuǎn)，為高轉(zhuǎn)速區(qū)間提供強(qiáng)勁動(dòng)力輸出。

不過(guò)，斯巴魯?shù)募夹g(shù)方案略有不同。

正如1993年力獅車型的產(chǎn)品手冊(cè)所記載，斯巴魯采用了兩個(gè)尺寸相同的渦輪，以實(shí)現(xiàn)與其他序列式雙渦輪系統(tǒng)相同的核心目標(biāo)。

為實(shí)現(xiàn)第二個(gè)渦輪的提前預(yù)旋，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)先關(guān)閉第一個(gè)渦輪的泄壓閥，隨后將多余排氣導(dǎo)入第二個(gè)渦輪，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)攀升時(shí)，系統(tǒng)會(huì)打開第二個(gè)渦輪的切換閥，此時(shí)兩個(gè)渦輪進(jìn)入?yún)f(xié)同工作狀態(tài)，共同為發(fā)動(dòng)機(jī)提供增壓。

斯巴魯力獅論壇上有一篇深度帖子，進(jìn)一步詳細(xì)介紹了EJ20系列雙渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的不同版本。盡管所有版本的渦輪尺寸相近，但并非完全一致，且除后期某一款衍生機(jī)型外，第二個(gè)渦輪均未配備泄壓閥。

第二代力獅GT車型搭載的初代雙渦輪水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率為246馬力，自1996年起，斯巴魯為該發(fā)動(dòng)機(jī)推出兩種功率版本，分別為256馬力和276馬力。

與所有序列式雙渦輪系統(tǒng)一樣，斯巴魯這套技術(shù)的理念雖簡(jiǎn)潔，實(shí)際工程實(shí)現(xiàn)卻極為復(fù)雜。打開發(fā)動(dòng)機(jī)蓋可見，為確保整套系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，內(nèi)部布滿了錯(cuò)綜復(fù)雜的真空管、管路及電磁閥，而控制這些部件的則是20世紀(jì)90年代水平的電子控制單元。

這套系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障隱患也較多，而且其最終帶來(lái)的實(shí)際收益也存在爭(zhēng)議。

斯巴魯研發(fā)這套系統(tǒng)，似乎主要出于兩方面考量：一是針對(duì)力獅車型尺寸更大、重量更高的特點(diǎn)，解決旗下單渦輪水平對(duì)置四缸發(fā)動(dòng)機(jī)（最具代表性的是翼豹WRX車型搭載的版本）低轉(zhuǎn)速扭矩不足的問(wèn)題。二是在日本市場(chǎng)，車主需根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)排量繳納稅費(fèi)，因此在2.0升排量基礎(chǔ)上通過(guò)渦輪增壓提升動(dòng)力，比直接研發(fā)更大排量發(fā)動(dòng)機(jī)更具成本優(yōu)勢(shì)。

但澳大利亞雜志《AutoSpeed》在2001年對(duì)Liberty B4車型（即澳大利亞市場(chǎng)版力獅）的評(píng)測(cè)中指出，當(dāng)?shù)诙€(gè)渦輪開始介入工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩會(huì)出現(xiàn)明顯下降。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在4000-4500轉(zhuǎn)/分的區(qū)間內(nèi)，增壓值最大降幅達(dá)4.4磅/平方英寸（約0.3巴），這一落差極為顯著。

許多車迷將這一轉(zhuǎn)速區(qū)間稱為“死亡谷”，而當(dāng)時(shí)測(cè)試的車型，搭載的已是該系列發(fā)動(dòng)機(jī)中最成熟的版本，論壇中的資深玩家認(rèn)為，這一版本不僅可靠性最高，也是最能體現(xiàn)序列式雙渦輪技術(shù)設(shè)計(jì)初衷的版本。

此類問(wèn)題并非斯巴魯獨(dú)有。

序列式雙渦輪技術(shù)普遍存在動(dòng)力輸出不平順的問(wèn)題，且往往伴隨可靠性隱患。正因如此，一些改裝廠在拿到搭載2JZ-GTE或13B-REW發(fā)動(dòng)機(jī)的車型后，幾乎都會(huì)拆除原廠雙渦輪系統(tǒng)，換裝結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的單渦輪系統(tǒng)。

不過(guò)，盡管存在這些缺陷，斯巴魯?shù)倪@套雙渦輪系統(tǒng)在當(dāng)時(shí)仍頗具市場(chǎng)人氣。

《Car and Driver》2003年的一篇文章提到，當(dāng)時(shí)搭載該雙渦輪水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的力獅B4（最后一款采用該發(fā)動(dòng)機(jī)的力獅車型），是日本市場(chǎng)最受歡迎的運(yùn)動(dòng)型轎車。

但該文章同時(shí)指出，低轉(zhuǎn)速扭矩不足是力獅B4的短板，這也解釋了為何斯巴魯在2004年決定將該車型引入美國(guó)市場(chǎng)時(shí)，選擇用2.5升單渦輪水平對(duì)置四缸發(fā)動(dòng)機(jī)替代原有雙渦輪系統(tǒng)。

此外，原廠雙渦輪系統(tǒng)并未針對(duì)左舵車型進(jìn)行適配，因此該版本車型主要在日本本土銷售，僅在產(chǎn)品生命周期后期少量進(jìn)入澳大利亞及新西蘭市場(chǎng)。

2004年，第四代力獅車型正式推出，斯巴魯也隨之停產(chǎn)了這款雙渦輪水平對(duì)置四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。與此同時(shí)，斯巴魯也為EJ20系列水平對(duì)置四缸發(fā)動(dòng)機(jī)換裝了單雙渦管渦輪增壓器。這套系統(tǒng)無(wú)需依賴復(fù)雜的真空及液壓控制機(jī)構(gòu)，就能解決傳統(tǒng)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的核心痛點(diǎn)，兼顧動(dòng)力響應(yīng)與可靠性。

然而大家是否會(huì)好奇，斯巴魯為何從未嘗試過(guò)更常規(guī)的并列雙渦輪布局（即發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)各配備一個(gè)渦輪）？誠(chéng)然，當(dāng)時(shí)行業(yè)內(nèi)確實(shí)掀起了一股“序列式雙渦輪熱潮”，但序列式布局其實(shí)更適合2JZ這樣的直列發(fā)動(dòng)機(jī)，或13B這樣的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，原因如下：

直列發(fā)動(dòng)機(jī)

排氣脈沖特性

直列發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)氣缸排氣依次進(jìn)行，排氣脈沖較為規(guī)律且間隔均勻。這種特性使得序列式渦輪增壓系統(tǒng)能夠更好地利用排氣能量，按照順序依次推動(dòng)渦輪工作。例如2JZ直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，其排氣過(guò)程中產(chǎn)生的排氣脈沖可以穩(wěn)定地先推動(dòng)小渦輪工作，在高轉(zhuǎn)速時(shí)再平穩(wěn)地過(guò)渡到大渦輪，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的線性輸出。

結(jié)構(gòu)布局優(yōu)勢(shì)

直列發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸呈直線排列，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的布局相對(duì)規(guī)整，為序列式渦輪增壓系統(tǒng)的管路布置提供了更便利的條件。序列式雙渦輪增壓系統(tǒng)需要布置復(fù)雜的管路和控制閥門等部件，直列發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得這些部件可以更合理地安裝和布局，減少相互之間的干擾，保證系統(tǒng)的正常工作。

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)

高轉(zhuǎn)速特性

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速上升快、最高轉(zhuǎn)速高的特點(diǎn)。序列式渦輪增壓系統(tǒng)能夠很好地適應(yīng)這一特性，在低轉(zhuǎn)速時(shí)利用小渦輪提供快速的響應(yīng)，滿足轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)的動(dòng)力需求，隨著轉(zhuǎn)速的升高，大渦輪介入工作，進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速下的動(dòng)力輸出，充分發(fā)揮轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速性能優(yōu)勢(shì)。

排氣特性

轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣方式與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不同，其排氣過(guò)程相對(duì)連續(xù)且平穩(wěn)。序列式渦輪增壓系統(tǒng)可以根據(jù)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣特點(diǎn)，更有效地利用排氣能量來(lái)驅(qū)動(dòng)渦輪，實(shí)現(xiàn)渦輪增壓的效果。

例如13B-REW型轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的序列式雙渦輪增壓系統(tǒng)，一開始將所有廢氣集中在小渦輪里，使其在低轉(zhuǎn)速時(shí)就開始工作，減少渦輪遲滯，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，廢氣再被導(dǎo)入大渦輪，實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速下的最佳增壓效果。

保時(shí)捷在959車型之后便放棄了序列式雙渦輪技術(shù)，轉(zhuǎn)而在993 Turbo車型上采用并列雙渦輪布局，并一直沿用這一方案，直到新款混動(dòng)版Carrera GTS車型才重新回歸單渦輪水平對(duì)置六缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

自斯巴魯之后，再也沒有車企嘗試研發(fā)過(guò)任何形式的雙渦輪汽油四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，且大概未來(lái)也不會(huì)有品牌涉足這一領(lǐng)域。

畢竟，即便采用水平對(duì)置布局，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣需求也有限，無(wú)需通過(guò)雙渦輪系統(tǒng)來(lái)滿足。就連保時(shí)捷為718車型研發(fā)渦輪水平對(duì)置四缸發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，也選擇了單渦輪方案。

如今的翼豹WRX車型，更是印證了渦輪增壓技術(shù)在改善動(dòng)力響應(yīng)方面的巨大進(jìn)步，其350Nm的峰值扭矩，能在2000-5200轉(zhuǎn)/分的區(qū)間內(nèi)保持“平臺(tái)式”輸出，徹底擺脫了過(guò)去渦輪遲滯與扭矩波動(dòng)的問(wèn)題。

盡管斯巴魯?shù)男蛄惺诫p渦輪方案未必是“更優(yōu)解”，但絕對(duì)是“更具趣味性的答案”。

它折射出一個(gè)完全不同的時(shí)代，當(dāng)時(shí)的日本車企為推動(dòng)各類新技術(shù)，不惜投入重金，幾乎不考慮成本約束。那么，究竟是理性的解決方案更有價(jià)值，還是充滿探索精神的“趣味嘗試”更值得肯定？

答案顯然是后者，當(dāng)然，前提是你無(wú)需親自負(fù)責(zé)這套系統(tǒng)的維護(hù)與維修。

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