功率接近的「渦輪增壓」和「自吸」,為何渦輪增壓發動機的性能更強

西門町拓海 2022/01/23

 

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可能有很多朋友會疑惑,功率相接近的渦輪增壓車與自然吸氣車(同級別),為什麼渦輪增壓車型所表現出來的動力更猛,加速能力更強?比如1.5T的C級與2.0L的雷克薩斯ES的馬力相接近,同為180匹左右(雷克薩斯ES 2.0L 174匹,C級184匹);但在動力表現方面,C級提速遠比ES更強!

那麼為何功率相接近,同級別的渦輪增壓車型提速能力會比自然吸氣更強呢?可能有朋友會認為功率接近的自吸與渦輪增壓機,渦輪增壓發動機的扭矩更大,因為扭矩決定加速度,所以渦輪增壓車型提速快?真的是這樣麼?實際上這種觀點是錯誤的,能決定加速度的只有輸出功率,而更強的低扭卻可以讓功率輸出得更以前!

簡單理解就是同樣的轉速下,更充足的扭矩可以讓發動機輸出更高的功率,發動機輸出了更高的功率,加速度就更強;所以從本質上看一輛車無論是加速、極速,其實都是由發動機所輸出的功率決定的,值得注意的就是要區分峰值功率與輸出功率,峰值功率高的機器,不代表發動機不同的轉速區間的輸出功率都高;但在某轉速區間下、更高的輸出功率可以獲得更強的提速能力,而扭矩的充足與否則是決定發動機能否輸出更高功率的關鍵!

渦輪增壓發動機功率輸出更靠前

渦輪增壓發動機最大特點是什麼?其實就是功率釋放得更靠前,也就是說可以把一台發動機絕大部分的功率在中、低轉速區間給釋放出來,而不依賴高轉速,這就是同樣功率范圍的渦輪增壓與自吸發動機,渦輪增壓動力更強大的原因,因為峰值功率雖然相差不大,但誰的功率釋放得更早更多、誰獲得的提速能力就更強!

功率=扭矩*轉速/9550

相信上面這個功率、轉速、扭矩關係的公式大家都曾看過,通過這個公式就能解釋為什麼渦輪增壓發動機可以讓功率釋放得更靠前了;這也是為什麼1.5T的賓士C,8.3秒就可以破百,而功率差異不大的2.0L ES 0-100km提速卻要10秒以上(也有說12秒以上)的原因(賓士C級1.5T比ES 2.0L更重)!

賓士1.5T發動機:功率184匹、280nm、扭矩平原3000-4000轉!

ES 2.0L發動機:功率174匹、208nm、扭矩平原4100-5000轉!

若這兩輛車比較01提速,同樣是全油門的狀態,功率輸出方面會出現哪些差異?為什麼雷克薩斯ES 2.0L的提速能力那麼差呢?我們截取4000轉時發動機的狀態,看看兩台機器功率輸出存在哪些差異?

1.5T功率輸出=280nm*4000轉/9550=117千瓦=160匹馬力

2.0L功率輸出=208nm*4000轉/9550=87千瓦=118匹馬力

比較結果是不是很直觀?同樣4000轉、同樣節氣門全開(都進入峰值扭矩平原),1.5T通過280nm的峰值扭矩釋放了160匹馬力,而這2.0L的ES在4000轉時只輸出118匹,加速度是由功率決定的,4000轉時160匹 VS 118匹註定了1.5T提速能力更強;當然了這只是截取4000轉時發動機輸出的情況,實際上在同樣的油門行程下3000轉、2000轉甚至1000轉時1.5T功率輸出都比2.0L自吸強!

這就解釋了為什麼有些自吸發動機的功率參數明明比渦輪增壓發動機更強,但比01提速卻比如增壓機(同級別車型);還是那句話峰值功率高只是表面參數,在發動機不同的轉速區間下能輸出多少才是關鍵,功率就是扭矩與轉速的乘積,那麼在某個轉速下、是不是扭矩越高,機器所輸出的功率越大?答案是肯定的,雖然說功率決定加速度,但扭矩同樣重要,因為低轉速下的扭矩充足與否可以調整發動機功率的輸出特性,它決定了低轉速下功率是否飽滿、是不是更充足!

渦輪增壓發動機低扭為什麼那麼強

隨著內燃機的不斷發展,人們越來越發現低轉速下扭矩充足的重要性;低扭充足意味著可以在更低的轉速下輸出更高的功率,這代表排量可以不大、峰值功率可以不高,但日常用車所需功率隨叫隨到且飽滿、充足,而渦輪增壓發動機恰恰可以滿足這種需求,因為渦輪增壓可以在不增加排量的情況下獲得更大的扭矩(包括低轉區間)!

扭矩是什麼?可能很多朋友都知道,扭矩就是力與力臂的乘積,但對發動機而言、該如何表達扭矩?其實很簡單,決定發動機扭矩高低的關鍵就是每迴圈所能燒多少油;每迴圈燒得油越多、扭矩表現越好。所以在過去想提高發動機扭矩,往往會採取增加排量的方式,比如說2.5L比2.0L扭矩飽滿,而3.0L比2.5L扭矩飽滿,而那些注重高轉、高功率的小排量自吸扭矩特性沒有好的!

或者增加活塞的行程,如上圖活塞行程越長與曲軸間行程的力臂越大,活塞下行時推動曲軸就越容易,等同于扭矩更充足,所以現在主流民用車型皆小缸徑、大行程;而除了這兩種方式,提高發動機扭矩最簡單的方式就是增壓;受制于空燃比,所以燃油不是想噴多少就噴多少的,發動機每個迴圈想燒更多的油、就必須確保每迴圈有充足空氣,但自吸發動機每迴圈空氣填充量受制于氣缸的物理容積!

就比如一個0.5L容量的氣缸,自吸發動機最大空氣填充量也就是0.5L了,就像我們對對著0.5L飲料瓶吹氣,無論怎麼吹、裡面的空氣也僅有0.5L;而渦輪增壓的意義在于給氣缸灌入壓縮空氣,舉一個簡單例子同樣0.5L容積的氣缸,每迴圈可以被壓入1.0L空氣,那麼是不是就可以噴更多的燃油,獲得更大的扭矩呢?答案是肯定的,這就是渦輪增壓發動機扭矩表現好的原因,因為它可以在不增加發動機物理容積的情況下多進氣、從而多燒油、最終獲得更大的扭矩!

總而言之功率相差不大的增壓與自吸,渦輪增壓車型的提速更快(同級別),原因則在于渦輪增壓強大的低扭特性可以讓功率輸出更為靠前;當然一些日系車提速慢也不僅僅是使用自然吸氣發動機的問題,功率達成率低也是原因之一,這就是一些朋友口中所說的什麼日系車功率虛標、德系車反向虛標等等(或德系車標輪上功率),實際上這並不是虛標功率的問題!

無論是德系、日系,發動機銘牌上所標的功率都是額定功率,就沒有標輪上功率、更不存在什麼反向虛標的說法;說到底日系車功率達成率低是由于變速器與機器匹配方面存在問題,當然大量使用CVT變速器也是導致功率損耗大的原因;當然主要原因還是在于渦輪增壓改變發動機功率的輸出特性,使得更大的功率可以在頭段輸出,功率輸出更充足,加速自然就厲害,說到底峰值功率更多是紙面上的資料,而某轉速區間下能輸出多少功率才是決定加速度的關鍵!

 

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