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涡轮增压发动机-最大扭矩接入的转速越低越好吗

2020-01-02 08:47    艾森ECUballbet贝博(北京运营中心)

Turbo已然成为了内燃机时代的明星,几乎所有人都知道涡轮增压技术能以低油耗实现大扭矩,但对于如何实现以及扭矩的曲线哪种方式最理想,想来很多人还是不够理解的,我们将解析涡轮增压的增扭原理、对于涡轮增压技术的常见错误理解,以及哪两种增压调校最理想。看完之后这个题主应不会再疑惑了。
 

涡轮增压器与富氧燃烧

涡轮增压器的本质是一台空气压缩机,通过叶轮超高速(每分钟数万转)将进气系统中吸入的常压空气压缩成小体积的高压空气。空气中的各种分子含量在常压下是固定不变的,而将空气压缩后分子量同样没有变化,可理解为分子间隙被压缩变小导致空气体积整体的缩小,这就像用手挤压棉花糖一样。压缩空气的目的是提高单位体积内的氧分子含量,常压下的空气氧浓度为20.9%,那么把大体积的空气压缩成小尺寸则氧分子含量会提升至21\22\23%……压缩的状态参考下图。

氧浓度与燃烧火焰温度(强度)比例

以涡轮增压器把空气压缩成高氧浓度的压缩空气,其目的是为了实现富氧燃烧。氧气与燃料的燃烧是一种在高温环境中的化学反应,反应过程中分子会出现无规律的剧烈运动,运动产生的撞击力可以推动内燃式发动机活塞往下运转,这一步骤叫做膨胀冲程;活塞推动连杆,连杆再推动曲轴,曲轴通过飞轮旋转输出的转矩则为所谓的扭矩,那么分子运行的强度扭矩是不是也就会越大呢?

加热后分子运动状态

答案显然是肯定的,那么想要提升分子运动的强度则需要提升空气中的氧浓度。因为氧气不仅是燃料的催化剂或助燃剂,同时也是燃料的“兴奋剂”;如果对于氧浓度与燃烧状态没有概念的话,在脑海中想一想点燃木柴时用嘴吹风的场景,吹动空气是让空气加速流动,让燃烧的位置快速地接触到大量的空气(中的氧气),火焰则能够烧得更旺盛。发动机内部的燃烧则可以通过涡轮增压器压缩实现高氧浓度的富氧燃烧,促进的是分子运动强度实现增扭。

 

富氧“吹气”助燃

重点:Turbo废气涡轮增压器不会多余增加油耗。增压器的动力发动机正常运行中产生的排气,排气产生高压力引出一条管路并与增压器的涡轮连接,利用这些废气的高压吹动涡轮扇叶高速转速;涡轮与叶轮刚性连接,所以叶轮等于利用废气实现同速旋转,整个增压流程没有多余的功耗。同时富氧燃烧的状态是无需增加燃油消耗量的运行状态,也就是说2.0T发动机的油耗等于2.0L但性能却等于3.5L左右;当然这是在传动系统与推重比和风阻系数完全相同的前提下才能得出的结论,由于L动力ballbet贝博app下载ios多善于减重,所以这些车看似会节油一些,这就是涡轮增压技术的原理与优势。

涡轮增压增压发动机的常见错误理解

某1.5T发动机最大扭矩285N·m,可在1400-3000转之间持续输出。从账面数据分析,很多所谓的车评人会将其扭矩描述为“1400转涡轮增压开始运行,并且能持续输出到3000转”,这种说法显然是错误的。因为依靠气压推动涡轮旋转,气压发动机运转时产生的排气压力;而发动机在不同转速下运转时产生的排气压力必然是不同的,那么驱动涡轮的压力又怎么能可能从零瞬间达到最大压力,使得涡轮瞬间达到最高增压需要的涡轮转速呢?

转速决定增压压力

所以这种说法是非常业余的,涡轮增压器真正的运转是从1000转上下开始,怠速时的排气压力往往不驱动增压器运转,这是最理想的设定。在稍微加点油门后转速提升则会增加排气压力,此时的压力已经足以驱动增压器运转了。

所以这台发动机实际可能从900转就开始增压,随着排气压力的提升到1400转可驱动涡轮达到最高转速(最强增压压力/压缩空气能力),在900~1400转时的增压压力是线性提升的,在1400~3000转之间可保持涡轮最高转速,3000转之后开始下滑但不会消失,这是涡轮增压扭矩曲线的正确理解方式。

无限循环的涡轮增压系统

涡轮增压器如何调校才会有理想的体验

某2.0T发动机最大扭矩360N·m,可在1250~4500转之间持续输出。某2.0T发动机最大扭矩400N·m,可在3000~4000转之间持续输出。想来大部分ballbet贝博app下载ios技术爱好者都喜欢第一种的曲线特点,因为起步稍微加速一点即可达到峰值扭矩,之后以转速提升马力可感受到平顺的加速,同时也有充沛的动力体验。不否认这种设计既平顺又有驾驶乐趣,但是这种设计会大大增加发动机的运行负荷,发动机长时间处在高温高压的运行状态必然会降低发动机的使用寿命;所以一般只有部分欧系车或少数运动型轿跑车会如此调校,这类车大多为压榨性能而不考虑发动机的耐用性与稳定性。

第二台2.0T发动机要在3000转才能爆发峰值扭矩,但是别忘记在1000转时增压器已经开始运转增压,在1000~3000转之间是增压压力(扭矩)的线性提升过程,加速感同样非常平顺且动力体验也不会差。因为扭矩储备是400N·m,在低转速区间的扭矩基数也是比较大;这种调校既能减少发动机的运行负荷,同时也保证了性能,3000~4000转维持最大扭矩之后随即可衔接峰值功率;也就是说高性能的体验都在日常不怎么使用的高转速区间,日常代步的中低转速只为了舒适,这种调校是不是更加合理呢?
 

涡轮增压发动机的增压增扭原理,以及调校的理想状态如上所述,不过小排量发动机(<2.0T)不适合3000~4000的这种调整,因其排量小扭矩基数小,适合的状态正是1500左右实现最大扭矩。大排量发动机基数大则完全可以从容一些,如果选择≥2.0T的发动机,扭矩只要在400N·m左右则可以按照3000转左右实现最大扭矩的标准选车了,体验会说明调校的价值。

 

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