工程师|千匹菲斯塔不可行？工匠派工程师讲解发动机设计思路
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汽车工业自19世纪末诞生以来 ， 人类就一直没有停止过对速度、对动力的追求 ， 这也使得人们对作为汽车唯一动力输出的发动机有了更多的研发投入 。 发动机发展至今日 ， 成熟的内燃机技术早已普及人类社会 ， 同样也给一些执着的匠人提供了追逐机械工艺极限的机会 。
对于工匠派小小的个体而言 ， 我们近期的梦想就是打造一台千匹菲斯塔 ， 发动机是我们自己的工程师设计开发的 ， 这次终极挑战我们计划了很久也为之付出了很多 ， 现阶段各个部门在有序进行 ， 相信千匹菲斯塔在不久后就会与大家见面 。
作为总工程师的侯工也为这次计划讲解了一些科普性的东西 ， 让“复杂”的发动机研发过程“简单化” ， 方便观众理解：
内燃机本质上是一台热机 。 通过燃料放出热能转换成转动输出的机械能 。 燃料在燃烧室内燃烧后的热量有4个去处 。
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1.一部分热量从燃烧室壁面传递到冷却液中 ， 最终通过冷却水箱消散在空气中；
2.一部分热量通过排气直接流入了大气中；
3.一部分热量通过推动燃烧室体积膨胀燃烧室内的温度与压力降低转化成了动能；
4.转化成动能中的一部分能量又消耗在了发动机自身的运转阻力当中 。
我们可以粗略的举例来说 ， 这四个部分各自占总燃烧热量的30% ， 30% ， 40% ， 10% 。 从最终结果来说就是30%能量去了冷却液散失掉 ， 30%能量去了排气散失掉 ， 30%能量转化成了曲轴输出的动能 ， 10%的能量变成了发动机内部摩擦的热量损耗 。
提高发动机动力的解决思路 ， 就得知道提高发动机动力的取决因素：
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首先 ， 提高燃料的注入能力成本很低 ， 而真正成本更高的是提高单位时间内注入燃烧室内部的氧化剂总量 。 对于通常应用条件下的内燃机而言 ， 就是提高单位时间内吸入空气的总量 。 从而在单位时间内通过燃烧获得更高的热量总量 。
其次 ， 提高发动机在满负荷时的热效率 。 单位时间内燃料燃烧总热量X热效率即为最终发动机输出的功率 。
但因大部分提升热效率的手段成本高 ， 而收效则在10%以内 ， 因此在通常的性能改装中 ， 并不把提高发动机热效率作为努力方向 。 而以百分之几十 ， 百分之百的提高发动机吸入空气的流量作为努力目标 。
因此 ， 大幅度提高发动机功率的核心是大幅度提高发动机的单位时间内吸进空气的能力 ， 也就是提高进气的空气流量 。 让发动机单位时间内能够烧掉更多的燃料 ， 放出更多的热量 。
对于一台自然吸气发动机 ， 提高单位时间内空气流量的手段就是在维持每循环进气效率 ， 我们简单概括为体积效率VE的情况下 ， 提高发动机的转速 。 则单位时间内进气量等于每循环充气量X转速 。 吸入空气的流量可以获得提升 。 但发动机转速提升意味着润滑负载的飞速上升 。 以及一系列运动部件的强度都需要提高 。
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对于一台增压发动机 ， 除了可以使用前述手段 ， 还有另外一条途径 ， 即提高增压值 ， 提高燃烧室入口的压力值 ， 从而成比例的提高发动机每循环进气量 。 最终反映为等比例提高的发动机功率 。
【工程师|千匹菲斯塔不可行？工匠派工程师讲解发动机设计思路】我们可以粗略的说 ， 一台发动机在自然吸气状态下有250马力的话 ， 这个时候燃烧室进气入口的压力是一个大气压 ， 那么我们用4个大气压的进气压力就能实现1000马力了 。
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