1T等于多少升-渦輪增壓技術比想象中的夸張
分析標準:
- 1.0T
- 1.5T
- 2.0T
這三個排量的渦輪增壓發動機等于多大排量的自然吸氣?
L是升的縮寫,2.0L為2.0升,自然吸氣發動機的縮寫是NA,渦輪增壓發動機的縮寫是T(engine)。
1.0T≈2.0L
1.5T≈3.0L
2.0T≈4.0L
這是扭矩的標準,功率可以相當或小排量的渦輪增壓機略低一些;比如目前最高標準的1.0T三缸機都有100kw/200N·m的標準,2.0L-NA的標準正是這樣,最高也不過是210N·m左右、功率鮮有超過110kw的哦。所以1.0T的發動機等于通過增壓技術“+1.0L”的排量,但是油耗必然會更低,那么究竟是什么原因在不提升排量的前提下實現動力增長的呢?答案在于壓縮空氣。
圖1:富氧燃燒與正常空氣氧濃度燃燒充分性與火焰傳播速度的差異
圖2:渦輪增壓與壓縮空氣的概念
發動機燃燒做功的本質是燃油的氧化還原反應,反應的基礎是“燃油+氧氣”;常壓空氣(標準海拔)的空氣中含有20.94%的氧氣,海拔越高比例越低,NA技術就是吸入常壓標準的空氣,通過其中的氧氣催化燃油。過程中產生的熱能會有一部分轉化為機械能,也就是所謂的動力和扭矩,但是內燃機會因為做功時間太短、氧濃度態度而無法完全燃燒,與“充分燃燒”的100%程度相比其實充分性的比例非常之低。
說白了就是NA內燃機的燃油大部分都是沒有充分燃燒就被當作廢氣排出車外的,所以空氣中才會有碳氫化合物(HC),這是汽油的主要成分;那么想要提高燃燒的充分性就只能提高氧濃度,因為相同轉速的做功時間是不變的,都是四沖程發動機,而提高氧濃度的唯一方式就是壓縮空氣。也就是把大團的空氣壓縮變小,壓縮的是分子之間的間隙,可以理解為讓分子與分子之間更緊密一些,結果則是壓縮后的小團空氣中也會有更多的氧分子。
渦輪增壓增壓器的本質就是個空氣壓縮機,Turbo增壓器分為廢氣渦輪和壓氣機部分的渦輪;NA內燃機在運行中就會產生大量的排氣,每分鐘可多達數百升,在狹窄的排氣歧管里會形成超高壓的氣流——但是自然吸氣發動機選擇直接浪費掉排氣壓力,為什么呢?——因為這種內燃機的制造成本低……僅此而已。
TURBO則是在排氣歧管位置引出管路并連接增壓器的廢氣渦輪,讓尾氣先吹動渦輪高速運轉、之后在進入排氣管凈化并排出車外;其壓力高到必須設計「旁通閥」,以壓力達到設定標準后開啟旁通閥,讓氣流繞過渦輪直接進入排氣管,否則渦輪轉速過高、空氣壓縮程度太大、進氣氧濃度極高的話,燃燒火焰溫度和缸內壓力也會超高,這會造成發動機使用壽命的縮短、敲缸甚至報廢,由此可見渦輪增壓技術能把空氣壓縮到什么程度。
扭矩×轉速÷9549=功率,功率越大車輛的急加速能力越強、極速也會越高,扭矩越大則加速瞬間推背感越強。
只要扭矩足夠大則功率也會足夠大,1.0T有200N·m,2.0L-NA有200N·m,功率自然會相當嘍;不過到1.5T就和2.5L-30.L NA的功率略有差距了,但是駕駛體驗基本都會更好,也就是加速性能往往會更強。
1.5T目前最高標準是138kw/300N·m(1500-4000rpm),2.5L的最高標準大都是250N·m左右,但是最大功率可以達到150kw左右,為什么扭矩更小但功率更高了呢?這就要談一談兩種發動機的動力曲線的特點了。自然吸氣發動機的最大扭矩往往要到4000轉以上才能達到峰值,也就是“250N·m(4000rpm)”的概念,有些發動機要到4500/5000rpm才能達到最大值,那么在高轉速區間的扭矩就不會有過大程度的下滑。
參考上述1.5T發動機的扭矩曲線,其最大扭矩在1500轉就能達到峰值、也就是300N·m,并且能持續輸出到4000轉;但是在4000轉之后的扭矩下降程度就會略大一些,相同轉速的扭矩低了,功率自然也會低一些——扭矩和轉速是相乘的關系,在高轉速基數的前提下,小排量渦輪增壓發動機的扭矩還是略有些吃虧的,那么加速感會更差嗎?
合理的標準應當是大扭矩在中低轉速區間爆發!
也就是300N·m(1500~4000rpm)/138kw,在實際應用中的體驗遠勝250N·m(4000rpm)/150kw;比如百公里加速需要的不僅是高功率拉升的極限,同時需要足夠強大到額扭矩帶來的初段和中段(中低轉速區間)的爆發力,同款車用上述1.5T發動機可以實現8秒破百,用2.5L充其量是11-13秒,因為加速起步過程中1.5T“蹭”一下就竄出去了,2.5L的初段因扭矩過低而“猶猶豫豫”的加速,直到轉速拉升起來之后才能實現“反超”;可是1.5T的每個前進擋的初段和中段的加速爆發力都更強,2.5L的每個前進擋都要緩慢一些,所以加速成績反而會更差。
在性能方面與目前1.5T汽車相當的NA,只能從3.0L-V6里找找看了;要知道目前1.5T的緊湊級轎車最快加速達到7秒,曾經的2.5L-V6的某款“大后超”的百公里加速最好成績也只是8.95秒左右,所以3.0L以上排量的自然吸氣車輛不要輕易挑戰小排量1.5T的轎車。
2.0T是個坎,排量基數仍舊很重要!
2.0T最高標準可達到200kw/400N·m,3.5L-V6的標準大都在165kw/360N·m左右,水平顯然是差一些的;到4.0L-V6 NA的程度,扭矩也可以達到400N·m、功率可以達到220kw左右,極限略高于2.0T,不過特點還是如上述1.5T/2.5L/3.0L NA一樣,單純討論加速性能還是2.0T占優。
有沒有發現一個問題?
- 1.0T≈2.0NA +1.0L
- 1.5T≈3.0NA +1.5L
- 2.0T≈4.0NA +2.0L
排量越大,渦輪增壓發動機超越的自然吸氣發動機的程度也就越大,不過3.0L卻只能達到250kw/500N·m左右,相當的是5.0-6.0L,跨度就沒有那么大了;所以才說2.0T是個坎,排量仍然是很重要的, 排量基數越大則“能用于富氧燃燒的基數越大”,渦輪增壓機排量的增長是線性的、扭矩和功率的增長是要“加成”的,所以2.0T和1.5T的差距會很大。
但當自然吸氣發動機的排量達到一個閾值后,基數也會很大,兩者的差距會一定程度的縮小;不過相同或相近的排量總還是渦輪增壓機的動力更強,而排量更小肯定更省油,所以在燃油車倒計時的階段中如果想選擇一臺車收藏的話,渦輪增壓仍舊是最佳選項。
編輯:天和Auto-汽車科學島
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