分析参考:
很多人对小排量发动机能压榨出多高的极限性能而很感兴趣,因为已经有很多小排量发动机的功率扭矩都超过传统的大排量自然吸气或涡轮增压机;似乎这有些难以理解,其实搞懂了扭矩、功率和马力的关系自然会明白。
基础知识:
- 扭矩×转速÷9549=功率
- 功率×1.36=马力
扭矩可以理解为发动机做功一次输出的有效动力(机械能),说白了就是单个气缸燃烧做功,并通过活塞、连杆、曲轴以转动的方式爆发出的能量。可以把单次做功理解为“挥拳一次”,功率则是每分钟挥拳总次数累计的“能量”,而且是去掉损耗的有效标准。
马力是功率的单位,两者可以换算但不能说“功率有多少马力”,这样的描述大部分都是为掩盖一些低功率的发动机的缺点,也就是不至于让数据看起来太糟糕而已。
「扭矩&转速」是相乘的关系,计算马力的常数和倍率不变;那么结果则是在相同转速的范围内,扭矩越大则最大马力越高。或者在扭矩不变的前提下,转速越高马力就能越大,这就可以解释F1方程式赛车的小排量发动机为什么能有这么高的性能了。
要知道普通的2.0T发动机最高不过200kw的功率,折算为公制马力只是272PS;量产车中曾经有通用LTG、宝马330iM、菲克GSE等品牌的发动机能达到这个标准,稳定一些的国产发动机目前最高为广汽4B20J1-2.0T的190kw-258PS,那么F1·1.6T是如何实现600马力的呢?答案在于转速的不限制。
方程式赛车的1.6T发动机的扭矩并不夸张,标准是在350N·m左右;量产代步汽车也能够达到这个标准,只要扩大缸径匹配行程也可以压榨出这么大的扭矩。但是要通过涡轮增压系统实现,这个知识点第二节解释。
F1·1.6T的极限转速可以达到20000rpm,怠速转速都要五六千转;由于转速和扭矩是相乘的关系,转速足够高自然马力就会足够大。那么2.0T发动机极限压榨扭矩的话,最大马力超过1000PS也不会不好理解了。
回到现实:在转速极限不高的前提下,最大马力能达到多少呢?
量产代步汽车的极限转速不过是≤7000rpm的标准,也就是比F1·1.6T的怠速转速略高一些而已;所以提升马力只能通过压榨转速来实现,在使用高标准材料、散热系统和润滑系统的前提下(不计成本),可靠的标准应当可以达到550N·m。
提升扭矩的方式除了结构上的特点以外,通过高效率的增压器组合也是可以进行提升的——有没有发现2.0T直列四缸发动机都用「单涡轮增压器」(汽油机),但是柴油机却有双涡轮的选项还,为什么进行这种区分呢?
知识点:增压器的功能是压缩空气,这点参考上图就能够理解。把大团的空气压缩成小团,体积变小只是因为各类分子之间的间隙缩小,而数量并没有减少;那么压缩后的空气中的氧分子就会变多,压缩程度越高则氧分子越多。
内燃机在热车状态中也无法实现充分燃烧,或者说离真正的充分燃烧还差得远;那么提高进气中的氧分子数量就很重要了,因为氧气是燃油燃烧的基础,氧分子越多(氧浓度越高)则燃烧的速度越快。所以使用高效率的增压器即可提高燃油燃烧效率,或者理解为燃烧的充分性;消耗等量的燃油转化出的热能自然会升高,这就是同样为2.0T,有些发动机的最大扭矩只有280N·m,有些却能达到550N·m的原因!
「双涡轮2.0T」柴油机已经有达到550N·m左右的量产机了,不过这台机器装备的车似乎还没有量产;但国产最强2.0T柴油机已经以500N·m装备量产车,为什么双涡轮的效果会这么好呢?
因为每组增压器匹配两组气缸,分为两组排气歧管分别驱动增压器不会因排气和进气的同步而影响排气压力;增压效果会理想得多,进气氧浓度也会随之提升。至于目前只有柴油机用双涡轮增压器的原因也很简单,因为柴油机的转速限制更严格,4000rpm基本就算极限了;在转速过低的前提下只有通过超大扭矩才能实现不算低的功率,这些500N·m的柴油机普遍只有160kw的最大功率,不过汽油机就不同了。
假设汽油机也用双涡轮增压器的话,最大扭矩同样可以达到450-500N·m的高标准;按照500N·m(2000-5000rpm)的标准调校,最大功率在6000rpm出现的话——5000转时的马力就要高达356PS,在5000-6000rpm区间即使扭矩开始下滑,6000rpm预计也会有380PS以上。
结语:汽油动力2.0T可以实现的极限可以非常高,至于没有这种发动机的出现则是因为没有必要;因为使用这些技术将扭矩提升到如此之高的标准,虽然能实现大马力但也会造成制造成本的超大幅度提升。
相同的成本可以简单的通过提升排量实现相同的动力,比如3.0T-V6;会追求高性能汽车的消费者往往不在意油耗,甚至把大排量当成一种炫耀的资本,所以车企也乐于用大排量发动机打造更稳定的性能机,同时也能提高产品定位和品牌形象。
编辑:天和Auto-汽车科学岛
天和MCN授权发布
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