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01NA的标准
假设某台2.0L-NA机型的动力储备为:最大功率kw,最大扭矩N·m(平均正常标准)。这台机器在绝大多数的时间中,都无法按照标准排量进气与做功。原因非常简单,因为这种进气方式的基础是活塞运转、排气频率与排气压力;内燃机曲轴每分钟运转的次数是所谓的「转速」,曲轴转速越快则活塞往复运转速度与排气压力越大,也就是说只有高转速时才能实现高效率的进气。不过这也是有阈值的,如果转速太快则会大幅缩短进气的时间,进气量的减少会同步降低喷油量,这会带来什么问题呢?要知道NA机型的最大扭矩即使为N·m,最大扭矩的特点也是“转瞬即逝”;比如大部分自然吸气发动机的扭矩峰值出现在rpm(转速节点),那么在转之前与之后,发动机的进气量都达不到0.5L的标准,这样的描述应当可以理解了吧。重点:汽车的油门控制的不是油路,而是进气系统中的节气门;但控制进气量就能控制喷油量,因为喷油量会在ECU(行车电脑)的计算中,按照14.7:1的空气燃料比精准计算喷油量。问题来了,NA机型在转上下都不能达到标准排量的进气量,喷油量当然也达到排量标准;结果则是在0-rpm区间,空气燃料混合燃烧后转化的扭矩是远不到N·m的,会低到什么程度可以参考下图判断。至于高转速区间的扭矩下降则是通病,这是涡轮增压机也避免不了的问题。问题:喷油量是低于排量标准,这会省油还是费油呢?这个问题的答案需要在了解涡轮增压技术特点后才会找到。02TURBO的标准
涡轮增压指的不是发动机的类型,而是基于自然吸气发动机进行的进气系统升级,说白了就是种特殊的进气系统。内燃机运行的基础是燃烧燃油,燃烧之后是必然会产生废气的;这些气体只有排出气缸才能腾出空间,以做好再吸气喷油与燃烧做功的动作。对于普通自然吸气发动机而言,排出的废气是直接被浪费掉的;而涡轮增压系统则是从排气歧管引出一条管路,在管路中增加一组「空气压缩机」(涡轮增压器),利用超高压的排气驱动压缩机的涡轮高速运转,与涡轮连接的还有一组在进气系统中的涡轮。这个以每分钟数万转旋转的涡轮在进气系统中,首先实现了在自然吸气之外,另外增加一路吸气的力量;同时将吸入的空气在涡轮区域进行压缩,也就是把大团空气压缩到更小的体积,或者理解为把更多各类分子挤压到小小的空间内——涡轮就像是牧羊人,加压的目的是把更多的氧分子赶到气缸里。图1:增压器的涡轮与叶轮的内部结构特点图2:增压器的静态结构特点图3:增压器的动态运行概念图4:增压器位置的空气从稀薄到压缩变浓的过程为什么要把空气从稀薄压缩到高浓度呢?原因在于燃烧的本质概念。燃油燃烧的本质是碳氢化合物与氧气的还原反应,产生的光能与热能只是意外但很有价值的结果,因为热能可以推动活塞运转而转化为扭矩——创造扭矩的基础则为燃烧的过程。然而不论哪种内燃机都做不到在短暂的做功冲程中,让燃油%的氧化反应,也就是不能全部转化为动力,做功时总是要浪费一部分的,所以尾气中才会有碳氢化合物。那么想要让转化出的扭矩足够大,方式自然是在限定且相当的时间内,让燃油以更快的速度实现「更充分的燃烧」。燃油燃烧速度的决定因素是“有多少氧气助燃”,自然吸气发动机吸入的空气量本就有限,只有高转速才能吸入与排量相同的空气量;但是TURBO技术通过多出的一道吸力与压缩空气的能力,实现的结果是能够在很大的转速范围内做到标准吸气量,同时进入的空气还会被压缩一道成为高氧浓度的空气,所以燃烧的速度就会很快喽。参考机型:目前最优秀的2.0T汽油增压机可以达到kw/N·m,柴油发动机则可高达接近kw并超越N·m,目前国产最强的柴油2.0T有kw/N·m,在前一台机器没有量产之强,可以说这台机器是全球之最了。同样排量的汽油机实现了功率扭矩翻一倍,而且最大扭矩可以在1-rpm区间维持最高标准;似乎仅讨论动力是肯定有决定领先优势的,因为4.0L·V8-NA发动机也不过是这个水平,但最大扭矩还是在转左右才能达到峰值。众所周知发动机输出的马力越大则加速能力越强且车速越快,而在转速相同的前提下,扭矩越大马力才会越大,但这种机器省油吗?问题解析:NA发动机的中低转速不按照标准排量喷油,但是增压机却会按照2.0L的标准喷油,理论上的耗油量是更大的。但是不要忘记代步驾驶的汽车对马力的需求是基本相同的,那么按照(马力=转速×扭矩÷×1.36)的公式反推计算,以2.0L的两种机型为基础,假设两车都需要马力才能正常驾驶,转速会差多少呢?2.0NA-转左右2.0Turbo-转四冲程机的转速除二等于每分钟喷油次数,那么即使2.0T以每分钟.5次的标准喷油量做功,是不是也要比以略低于标准喷油量,但每分钟要喷油次的2.0NA更省油呢?——想要节油的话,整备质量(重量概念)相当的汽车,一定是TURBO更省油。核心参考:如果是涡轮增压发动机没有节油与性能优势的话,为什么柴油发动机都是涡轮增压呢?想来无需解释什么了,而且连涡轮增压器的使用寿命的问题也无需赘述。因为每天飞驰在公路上的客车与各类型货车,这些车每年的行驶里程哪个不是十几万公里?然而增压器似乎也没有成为“损耗件”。这就是两种发动机进气技术的本质区别了,NA机型的唯一优势就是制造成本低,但如果相同预算范围内有优秀的涡轮增压选项,那么NA就要继续下探产品定位了,最终是一定会被淘汰的。编辑:天和Auto-汽车科学岛天和MCN授权发布欢迎转发留言讨论