哪里跌倒哪里站起 解析奥迪SQ7 TDI发动机黑科技

奥迪在日内瓦车展上发布了Q7的高性能版，SQ7。SQ7采用了4.0 V8涡轮增压柴油发动机，输出可达435马力和900Nm扭矩。这些从柴油转换而来的推力，通过8速自动变速箱将SQ7全力推至100km/h的时速，也不过需要4.8秒时间。

等等啊，先别急着撒花。除了力大无穷之外，这套动力系统更值得拿出来谈论的是它有许多业界首创的设计、布局和控制策略。例如通过电动涡轮的引入，来克服废气涡轮的弊端；再例如两个涡轮，与可变气门技术整合出全新的混联涡轮理念。所以，也许SQ7与中国消费者的距离有点远，但是SQ7的4.0TDI柴油涡轮增压发动机，它的先进性和前瞻性，也值得我们绕个弯去关注一下的。

大家都知道，欧盟之所以大力发展柴油发动机，是因为柴油发动机的能耗相比起汽油机有优势，排放嘛，暂且按下不表。这台高性能SUV的百公里油耗测试值达到7.4L/100km，CO2的排放量为194g/km（有没有造假？谅VAG也不敢顶风作案了吧）。

在柴油发动机拥有油耗优势的同时，如何提升发动机的输出功率呢？这不是简单加上一个大号涡轮就完事儿的，还要考虑动力的响应性、线性度、可控程度和油耗。奥迪SQ7上的发动机就给我们提供了一个教材般的样本。

电动增压器：涡轮迟滞克星？

SQ7拥有世界上第一款投入量产的电动增压器。这个电动增压加上两个废气涡轮增压器，合共三个增压器所组成的混合增压系统，给予了这套动力系统更多调校的可能。

首先是解决废气涡轮增压的涡轮迟滞。废气涡轮依靠废气推动废气泵轮，再带动增压叶轮，从而产生进气正压。等于是医生把一个气球吹涨，再用这个气球里面的空气给病人人工呼吸，医生一定要是个口气清新的巨肺小王子，病人才能得救。显然在起步的时候，发动机排出的废气量还很虚弱，两个涡轮还没能起效。这时候发动机就降格成自然进气发动机了。

不过电动增压器的引入，就可以实现发动机极低转速下的“即时增压”，这就等于是病人得到了呼吸机。电机的高响应速度，也可以弥补废气涡轮起压前的涡轮迟滞现象。奥迪宣称“涡轮迟滞已成前女友（误）”。这个电动增压器的电机可以用高达70000（四个零啊各位亲）rpm的转速带动压气轮，往气缸送入压缩空气。由于它是用电驱动的，所以其转速不受废气量的影响，随时随地都能起效。

顺带一提，这个电动增压器是由48V电压系统（一般车内用电为12V系统）来供应能量的，最大输出可以达到7kW。藏在油箱下方的是一个470瓦时的锂铁电池，换算一下它最多能够支持电动增压器连续工作4分钟左右。当然因为这套48V电路系统还需要供电给eAWS，所以实际上达不到这个时长。

紧凑化布局

把涡轮夹在两列气缸之间，现在是这种大排量V形发动机加装涡轮很常见的布局了，宝马、奔驰们的V8T都这么干了。这样的好处显而易见，可以缩小发动机的总体积。就好比我们拎着大背包坐副驾驶，最优解肯定是放在两腿之间。在这样“气缸夹涡轮”的布局方式下，奥迪又找到了新的玩法。

两列气缸，两个涡轮，两套独立的进气、排气系统，两个节气门。这些先天的特点，都让以往的V形双涡轮增压发动机，左右侧的排气以及进气回路是各自独立的。典型例子如上图的上一代Q7使用的4.2TDI发动机。稍有特殊者也不过像日产GT-R上的VR38DETT发动机那样，左侧涡轮通向右侧气缸，右侧涡轮通向左侧气缸，但两套系统也可以说是相互独立的，只是打了个结而已。

但是SQ7的增压系统就不一样了。虽然两个涡轮的废气歧管是相互独立，也各自使用一个中冷器，看上去是两套独立的系统。但其实这两个废气涡轮并不是严格意义上的并联，而是混联。第一个涡轮是常规涡轮，新鲜空气经过压缩之后，会通过一段“人”字形分流管，平均分配到两个中冷器去。而另外一个涡轮是在高转速区间开启的，这是序列式涡轮的特性。不过它的排气侧的进气管，却是和第一个涡轮是并列的关系，而且开启之后，与第一个涡轮形成混联工作的关系。听到这里也许你已经犯迷糊了。废话，不犯我还用专门写这篇文章？

在保证小体积的前提下塞进了一套混合增压系统，并且提供可观的动力输出，然而它只是这么简单的话，还不值得我特意写一篇文章。

创造性的涡轮布局

有别于以往的混联涡轮，这一套双涡轮系统，结构精妙得多。序列式开启，并联式工作，是这套涡轮系统的精髓所在。

我们先把这两个涡轮命名为涡轮A和涡轮B，涡轮A先介入，涡轮B后介入。然后，这是一副8缸/每缸4气门的发动机，每个气缸有两个排气门，所以总共有16个排气门。每一个气缸选取一个排气门归入A组，A组有8个排气门；另一个排气门归入B组，B组也有8个排气门。奥迪的做法是，A组气门的废气吹向涡轮A，B组气门排出的废气吹向气门B。显然，这需要一组很复杂的排气歧管才能实现。

奥迪气门升程系统（Audi Valvelift System，AVS）控制两组气门的升程，低转速时A气门开启B气门关闭，高转速时A、B两组气门全开。

这是A组排气门，另外还没加特效的就是B组排气门，目前处于关闭状态。

通过AVS作动，B组气门现在开启了，推动B涡轮。

这样的设计有什么精妙之处呢？首先，将发动机的高低转负载，和涡轮的介入方式同步起来。低转速下，气体交换速度慢，气门需要小开度，所以每个气缸开启1个排气门就够了，而这么有限的废气量，只从一个气门跑出来，只驱动一个涡轮，其驱动效率是很高的；高转速下，气体交换速率要提高，AVS将原本关闭的B组气门打开，两个气门全开，增加的废气量，恰好可以驱动两个涡轮。大家想想，这种“阶梯式”的涡轮开启方式，像序列式那般与发动机负载和输出匹配；但其实它们的组合方式，又像并联式涡轮那样拥有相互独立的排气歧管，相互干涉减到最低。

第二，将气门按照AB组区分，意味着A/B涡轮都是单独由8个气缸来驱动的，而不是某四个气缸驱动一个涡轮，另四个气缸驱动另一个涡轮。如果每四个气缸驱动一个涡轮，在8个气缸一起工作的时候，涡轮是做不到序列式介入的，除非引入停缸技术，而奥迪的策略，不需要特别的停缸技术，就可以实现序列式介入；另外，8个气缸有8股气流依次“吹”涡轮，比起4个气缸4股气流“吹”，气流更连贯更均匀。

所以，这是一套效率很高，而且可以充分发挥混联双涡轮的优势，让每一个涡轮都在高效的区间运转。

番外篇：AVS

其实也算不上番外篇，因为这套混合增压系统，本质上就是利用AVS对排气门的控制，达到两组涡轮既相互协同，又相互独立的奇效。AVS简单来说就是奥迪的VTEC系统，不过实现原理和本田差别很大。AVS是将凸轮轴的凸轮和轴分离出来，凸轮部分分解成一个套筒，用转轴套住。凸轮套筒在轴上可以轴向滑移。要切换两组凸轮的时候，执行器的顶针伸入凸轮的导向轨道里，套筒则顺着轨道设计的方向滑动，实现凸轮的切换。

以SQ7上的AVS来说，每一个气缸的A组排气门是常开的，而B组排气门在低转速时关闭。这时B组气门对应的“凸轮”其实是一个圆轮。高转速时，AVS让凸轮套筒滑动，B组排气门变为由凸轮控制，因而和A组排气门一样，可以正常开合。

这副结构复杂的4.0 V8混合增压TDI发动机，确实有点革命性的意味。虽然柴油发动机离我们的消费习惯还远着，高性能柴油发动机更不在话下，不过或许在不久的将来，我们就能看到这套复杂的、高效的混合增压系统，会应用在汽油发动机上面。期待到时候不再纸上谈兵，而是可以手握方向盘，试试看上去这么巧妙的东西，是不是名副其实。