同样的2.0L排量:涡轮增压究竟是通过什么提升了性能?

解析基础:挑出2.0L(升)排量的自然吸气和涡轮增压发动机的优秀选项 , 以其功率扭矩作为分析基础 。

  • 某采用均质压燃技术2.0L汽油机116kw/202N·m
  • 某采用普通点燃技术2.0T汽油机200kw/400N·m
差距有多大想来就不用赘述了 。 那么究竟是什么原因让增压机实现了功率扭矩的同步大幅增长呢?
基础首先是扭矩的提升 , 因为(功率=扭矩×转速÷9549);量产代步汽车的转速普遍在≤7000rpm的范围内 , 扭矩和转速是相乘的关系 , 所以只要扭矩大则功率就会大 。 而功率乘以1.36等于公制马力 , 马力大则加速能力强且车速更高 , 所以扭矩的提升才是核心 。
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扭矩提升·基础内燃式发动机的扭矩的本质「热能」 , 因为推动活塞连杆与曲轴运转的动力源是热能 。 热能是燃油燃烧时产生的能量 , 而燃烧的本质其实是碳氢化合物与氧气进行的化学反应;所以内燃机其实是“化学发动机” , 只是在反应过程中有很大程度的损耗 。
四冲程发动机有四个运行步骤:进气喷油 , 压缩蒸发 , 点火做功 , 排气 。 以正常的代步转速驾驶时 , 做功冲程的时间只有几十到几毫秒 , 眨一次眼睛的用时也会是做功时间的几十甚至上百倍 。
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然而燃油进行化学反应是需要时间的 , 时间过短则反应的程度就会不充分;说白了就是没有完全燃烧就被当作废气排放掉了 , 尾气中也是有碳氢化合物的 , 如果浓度过高则会在高温的管路中被引燃 。 这种故障叫做“放炮” , 因为会产生相当大的声音 。
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重点:同样为2.0L的发动机 , 进气喷油量至少在某些转速范围内是相同的;燃油充分热燃烧产生的热能也应该一样大 , 但是自然吸气发动机燃烧的充分程度比较低 , 假设为30% , 那么热能就只有一半可以转化为扭矩 。
但涡轮增压可以让充分程度达到60% , 有效利用的热能高了一倍 , 扭矩当然就会更大喽 。 而提升的扭矩的方式其实也很容易理解——燃烧时氧化还原反应 , 等量的燃油与少量的氧气反应的速度就会比较慢 , 涡轮增压发动机提供了更多的氧气 , 在相同时间内反应的速度加快则程度提高 , 转化出的热能就会更多了 。
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氧气浓度提升·方式都是内燃式热机 , 涡轮增压机是怎么创造出高浓度氧气的呢?
答案:涡轮增压器的本质为「空气压缩机」 , 这台机器会同时连接发动机的进气和排气系统 。
即使是自然吸气发动机在运行中也会产生高压气流 , 比如2.0L发动机按照标准排量做功时 , 每组气缸排出的废气就会有0.5L之多;怠速时每分钟800转则做功400次 , 一分钟的排气量就是【200L】(每秒钟排气量3.33L) 。
一升空气等于0.01立方米 , 体积的标准是21.54厘米见方的那么大一团 , 或者想象成比足球略小一点点的体积标准 。 每秒钟要把3.33个足球那么大的空气塞进排气管里 , 气流的强度是不是会很大呢?如果这个气流先驱动增压器的涡轮运转 , 之后再进行排放 , 涡轮的转速是不是会非常高?
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增压器的涡轮转速确实是非常高的 , 原因正是高压气流的作用;而且这是用怠速转速计算的结果 , 正常行驶的转速平均为2500rpm , 每分钟做功1250次 , 排气量与排气压力会大的非常夸张 。
所以涡轮总能够以很低的转速达到每分钟数万转的高转速 , 而进气管路中的涡轮与排气管路的中涡轮转速相同;那么在进气道中就会形成第二道吸力(自然吸气发动机只有一道) , 于是增压机就能在1500rpm左右达到与排量相同的进气喷油量 , 但是自然吸气发动机却要到4000转左右才能达到相同的标准 。


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