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    3.5L-V6只能看齊「2.0T汽油機」

    內容概述:

    渦輪增壓相比自然吸氣的優勢柴油發動機省油的方式與優缺點詳解

    選擇硬派SUV、越野車或皮卡,會糾結的問題一定是選汽油版本好還是柴油動力強,以及選擇自然吸氣省心還是渦輪增壓去感受高效能。

    渦輪增壓技術帶來了哪些變化?

    分析基礎:是否認為熱車時燃燒充分,冷啟動的熱車階段燃燒不充分?

    相信絕大多數汽車使用者都有這種觀點,理論上這種描述是錯誤的,至少是描述不夠全面的;因為熱車狀態下的內燃機(不論汽油機還是柴油機)都不能充分燃燒,原因是做功衝程的時間非常短,高轉速期間不過只有幾十毫秒的時間而已。氣缸內部的混合油氣在短暫的時間內“燒不盡”,也就是不能充分進行化學反應。

    「燃燒」的本質是氧化反應,燃油進行反應當然需要時間,想要充分反應並轉化出充足的熱能則需要充足的時間;反之沒有充足的時間就不能充分反應(燃燒),所以在熱車狀態中也不能充分燃燒,只是比冷車時的程度理想一些罷了。

    汽車尾氣中有一種物質叫做“碳氫化合物·HC”,這就是汽油的主要成分;這也是印證熱車Verna少不充分的證據,那麼如何才能提升發動機的燃燒速度,以減少浪費額燃油並提升車輛的動力呢?辦法很簡單,那就是提升燃油反應的速度。

    「富氧燃燒」是提高燃油反應速度的基礎,同樣是2.0L(升)排量的發動機——排量指所有氣缸進氣或排氣流體體積的總和,說白了就是容積的總和。單缸做功時每個氣缸的標準進氣為0.5L,噴油量按照14.7:1的空氣燃料比計算;2.0T指排量同樣為2.0L的發動機,只是增加了渦輪增壓器,做功標準進氣量是相同的。

    然而2.0L的最大扭矩不過是200N·m左右,排量即使提升到3.5-4.0L,最大扭矩也不過在350-400N·m之間;但是2.0T的優秀汽油動力增壓機就能有400N·m的最大扭矩,這就是富氧燃燒的結果。

    所謂“富氧”指的是進入氣缸內部,與燃油進行反應的空氣的氧濃度很高,至少是高於標準大氣壓的空氣氧濃度(呼吸空氣的氧濃度)。氧氣是燃油反應的“催化劑”,固定量的燃油與低氧濃度空氣反應的燃燒速度會比較慢,反之與高氧濃度反應的燃燒速度就會加快;這是個很有意思的現象,不過只需要瞭解有這個特徵就好,原理不需要深究。

    那麼假設是2.0L&2.0T對比,自然吸氣發動機吸入的是與呼吸吸入的空氣相同的氧濃度標準,在0m海拔時為20.94%的氧氣佔比,海拔越高氧濃度越低。而2.0T透過渦輪增壓器將進入發動機內部的空氣進行了壓縮,氧濃度可能會提升幾個百分點,燃燒速度是不是會加快了呢?參考下圖,不同氧濃度的燃燒火焰溫度差距很大。

    燃燒會產生高溫,可以理解為燃燒過程中分子劇烈碰撞摩擦的結果;氧濃度的提升加強了分子的“運動活性”(強度),產生的溫度自然會更高。同時運動強度的提升也等於增加對活塞的“推力”,活塞再透過連桿推動曲軸運轉輸出的扭矩也就會更大了。

    這就是渦輪增壓技術為什麼能讓中小排量發動機的扭矩,比中大排量發動機還要大的核心因素;說白了不是改變了燃油的性質,而是提高了燃燒反應的效率(速度)。或者理解為自然吸氣發動機實際浪費了很多燃油,渦輪增壓技術透過“減少浪費”、提高“燃油利用率”以提升效能。至此可以得出這樣的結論——自然吸氣技術很落後,渦輪增壓技術更先進。

    T技術·汽柴油機油什麼區別?

    同樣使用渦輪增壓技術的發動機可以分為汽油機和柴油機,這兩種機器有什麼區別呢?

    點火做功方式的區別無需贅述,這並不是影響動力差異的核心;眾所周知柴油機更省油,但省油的方式可能是很多人不瞭解的。省油的基礎首先是柴油自身的優勢,柴油燃燒的火焰溫度可以達到1800℃,高於汽油600℃;這就足以說明等量的柴油反應過程中,會產生更強的“活塞推動力”,扭矩自然會更有優勢。

    汽油機在排量相同的前提下想要與柴油機的最大扭矩持平,方式則是進一步提升“進氣氧濃度”;以進一步提升燃燒速度(充分性)為基礎,補償汽油本身的不足。事實上也是可以實現的,只是前提必然會是低扭矩的柴油機技術落後而汽油機技術先進。

    方式二:限制柴油機的最高轉速。

    柴油機≤4000rpm汽油機≤6500rpm

    這是量產代步與載貨汽車發動機的平均極限轉速,柴油機的極限顯然要低得多;而且是每個前進擋都只能拉昇到這個極限,這點是需要了解的。汽車裝備的四衝程發動機曲軸轉兩圈做功一次,轉速4000rpm則每分鐘耗油做功2000次,汽油機轉速6500rpm則為每分鐘做功3250次。

    在過載牽引或急加速時會以低速擋高轉速的狀態執行,柴油機充其量是2000次的標準,但是汽油機大油門汽油就能拉昇到3500次;相同排量的柴油機每分鐘少做功1500次,油耗是不是會低很多呢?這還只是對比渦輪增壓機的差距,如果對比自然吸氣發動機則差距更大。

    參考三臺發動機的資料:

    汽油2.0T-200kw/400N·m(1500~4000rpm)柴油2.0T-120kw/400N·m(1500~2500rpm)汽油3.5L-200kw/350N·m

    渦輪增壓機的最大扭矩(N·m)之後總會標註一個轉速區間,其概念指在1500-4000rpm的轉速範圍內,發動機輸出的扭矩都會是最大的400N·m;因為在這個範圍內都會按照與排量相同的標準吸入空氣,也就是單組氣缸做功時吸入0.5L。噴油量按照始終不變則動力必然會維持在最理想的範圍內,這是渦輪增壓機的特點。

    而3.5L-V6自然吸氣發動機的最大扭矩不需要標準,因為這種機型只能在某一個轉速節點實現最大扭矩;最常見標準是4000rpm,這是3999rpm和4001rpm的轉速都會不足350N·m的概念,距離4000rpm的轉速差距越大則扭矩越小,2000轉時也許只有兩百多牛米而已。

    而(扭矩×轉速÷9549=功率),相同轉速的扭矩小則功率低,功率×1.36=馬力,功率低則馬力小動力差。

    那麼在汽油2.0T·2000rpm即可達到400N·m,而3.5L-V6才兩百多的前提下,相同轉速的動力差距是不是就會很大了?答案是肯定的,但為什麼兩臺機器的功率又能相當呢?因為3.5L-V6還能夠以拉昇轉速的方式實現高功率,2.0T的高轉速區間扭矩也會下降;但日常代步駕駛和越野駕駛都不需要高轉速拉昇高功率,那麼能以低轉速實現高效能的2.0T,以不需要頻繁拉昇轉速的方式代步駕駛,在加上2.0-3.5=﹣1.5L的排量差值,油耗當然會低太多。

    綜上所述,渦輪增壓機能夠以小排量實現大排量發動機的功率和扭矩,又能在代步轉速區間維持峰值扭矩,所以既能實現理想的動力體驗又能達到節油的目的。這就是幾乎所有中大排量自然吸氣汽油動力越野車與皮卡都被停產,這些外國品牌的落後車型只能面向非洲、中東、澳洲是、南美等汽油工業水平很低的車市的原因。

    剩下的優秀越野車和皮卡哪臺不是渦輪增壓機,比如2.0TWrangler、4.0T·G500、2.0T·坦克300、3.5T-F150猛禽等等;至於柴油動力汽車全數使用渦輪增壓技術,包括知名度很高的越野車和越野房車品牌都不例外。由此可見渦輪增壓技術早就是主流,渦輪增壓器的使用壽命也非常理想,每年行駛十幾萬公里的客貨車的增壓器仍舊很耐用,自然吸氣發動機只是低成本的產物,仍有些車企鼓吹這種機型——看一看這些品牌還有沒有像樣的吧。

    最後再說明一點:想要具備越野能力且省油的越野車型,柴油動力是理想的選項;反之既想要理想的越野能力,又能在鋪裝路面具備理想加速能力的話,汽油增壓機才是最佳選項。

    因為柴油機限制了轉速,低轉速的扭矩雖然能與同排量汽油機一樣或更大,但與低轉速相乘也“乘不出”高功率大馬力;而且每個前進擋都被限制了轉速,所以只有低轉速時的爆發力強,轉速稍高時就不如汽油機了——大扭矩能實現起步加速的“初段”的良好加速感,高功率則是強力爆發力的“持續性輸出”的概念;轉速是決定是否能持續爆發的基礎,所以即使有480N·m的2.0T柴油機,裝備在硬派SUV上的破百成績也是10秒開外;但400N·m·2.0T的汽油機就能讓相同的車實現8-9秒的破百成績,這就是轉速的價值。

    天和MCN授權釋出

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