网络知识 汽车 什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?

什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?

在讨论汽车加速吸能的时候,总会提到“低扭爆发力”这个词,啥意思?

低扭指的是“低转速扭矩”,爆发力当然指动力的强弱。

低扭爆发力讲的就是发动机在低转速区间的动力的强弱,动力可以直接用公制马力来衡量。

  • 公制马力=功率×1.36
  • 功率=扭矩×转速÷9549

普通燃油动力家用代步车的发动机最高转速相当,极限基本都在7000转以内;那么在这两个公式里,转速、常数和倍率都不是决定低扭爆发力的核心因素,只有扭矩才是决定动力强度弱的根本。

什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?

以2.0升的自然吸气和涡轮增压发动机为参考,其最大扭矩标准大致如下。

  1. 2.0L NA(自然吸气)210N·m左右,最大扭矩到4000转上下达到峰值
  2. 2.0T-400N·m左右,可以在1500-4500rpm(平均)的转速区间内维持峰值输出

有没有看出来区别在哪里?

最大扭矩的大小区分是显而易见的, 可是这并不是核心因素,最大的差异是涡轮增压发动机机能够在发动机的转速达到1500转时就输出最大扭矩,并能做到让扭矩不变的输出到4500转。

而自然吸气发动机只有到4000转(示例)才能达到最大的210N·m,在起步到3999转的转速区间内,扭矩会越来越大,超过4001转会逐渐缩小;其扭矩曲线是一个“Λ”形,一般的2.0升发动机在2000-3000的转速区间内,扭矩只有160-180N·m。

(下图蓝色为扭矩曲线)

什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?

现在可以算一算差距了,就算2.0L NA的2000转对应的是180N·m,其对应的最大马力只有51Ps;而2.0T在2000转时就有400N·m,对应的马力有113Ps,多出了62马力,相当于4650公斤力。

这就是涡轮增压发动机的低扭爆发力强的原因,说白了就是扭矩足够大,而且能够在低转速输出大扭矩。

只是如何能做到呢?

这就要看一看增压器的运行原理了,参考下图。

什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?

内燃机在运行时会产生排气,每分钟可排气数百升;内燃机的最初形态就是自然吸气,也就是说自然吸气发动机也有高压的排气;涡轮增压发动机只是利用了高压排气,在排气歧管位置引出排气管连接增压器的涡轮,废气经过涡轮后再进入排气管,部分超量的尾气会直接通过旁通阀进入排气管。

高速气流可以驱动涡轮达到很高的转速,涡轮连接的还有一组进气道的涡轮,转速与其相同;在进气道里高速旋转的涡轮可以产生一种吸力,能够吸入大量的空气,随后再把空气压缩、变得“紧凑”。

什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?

内燃机在低转速运行时的排气量就已经非常大,比如上面这台发动机,其最大扭矩到1500转就能爆发;意思就是涡轮增压器实际到内燃机转速甚至1500转时,增压器涡轮就被排气驱动到最高转速了,也就能最强进气并按照最高标准压缩空气。

这是涡轮增压机能够在低转速爆发最大扭矩的基础,涡轮增压器在达到最高转速之前,转速是线性增长的,一般的涡轮都是从发动机1000转左右开始运转,在1000-1500转(示例)区间是转速、进气量和增压压力的同步提升,可以理解为把自然吸气发动机1000-4000转的提升过程压缩到1000-1500转区间来完成,所以动力提升快,低速爆发力强。

什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?

冷知识:

内燃式发动机做不到燃油的充分燃烧,热车时也做不到;只有提升空气中的氧含量,才能让燃油在相同时间内更充分的反应,也就是释放出更多的热能。涡轮增压技术就是压缩空气以提高氧浓度,实现高效率的富氧燃烧。

什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?

然而,最强的还是电动机。

内燃机即使用涡轮增压技术,从起步到爆发最大扭矩还是需要一个转速上升的过程;而电动机从起步瞬间就能爆发最大扭矩,这种状态叫作“恒扭矩”,可理解为扭矩恒定不变。

原因在于电机的性能强弱由动力电池组和电控单元决定,只要电池组在起步瞬间能给电机绕组输入最强的电流就能形成最强的电磁场;电场传输速度和光速几乎一致,那么电流的速度也会相当,所以只要在起步时一脚把电门踩到底,起步爆发的就是最大扭矩。

什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?

总结:低扭爆发力是电机最强,内燃机中的涡轮增压发动机次之,自然吸气发动机最弱;所以质量较低的普通交通工具曾经以内燃机为主,重型的车辆比如火车、矿山车或船舶舰艇用电机驱动,即便是极少数的内燃机车(火车头)也是用内燃机发电、电机驱动。

目前看来电机应当是最适合高性能车和越野车的选项。

什么是“低扭爆发力”,自然吸气为何不如涡轮增压?


编辑:天和Auto-汽车科学岛

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