为什么涡轮增压系统不能够全时增压,包括怠速?对于TURBO技术特点存在诸多误解,其中比较突出的是增压器的介入转速和峰值转速的差异,也就是一般认为的增压机加速会“冲”,因为最大扭矩来的似乎太突兀。然而这两种理解都是错误的,以目前的技术可以做到全时增压,且能够将涡轮峰值转速降低到非常低的标准,不过并不一定有必要性哦。
全时增压·机械系统
Mechanical supercharging,释义为机械增压系统(简称S)。这种结构曾经的风靡一时,使用的品牌也基本都是知名度很高的,但却也有个很有意思的共同点,那就是普及沦为二线。
奇瑞
捷豹路虎
一汽红旗等
瑞虎Dr(欧版)曾经就使用过这种技术,然而后期还是转向主攻废气涡轮增压;剩余的两大品牌在内燃机技术领域毫无疑问水平也比较差,这就足以说明S系统并不理想,同时全时增压也显得毫无意义。
以「2.0S」为参考:增压器的动力来自发动机曲轴,与空调系统的压缩机连接方式相同,使以皮带分别连接曲轴和增压器带轮。但是增压器并没有“电磁离合器”,不像压缩机能够通过A/C开关断开机体与带轮的连接,也就是说只要启动发动机后,即使怠速也会让涡轮运转。
这种全时增压状态是好还是差呢?答案肯定是差,因为怠速的目的是以满足内燃机正常运行(不熄火),以最低油耗实现“低负荷-待工”的状态。理论上怠速转速一定是越低越好,只是过于低则会出现抖动,所以平均转速只能控制在800rpm左右;但是打开空调压缩机后,转速则会增高到1000rpm上下,原因是什么呢?(该因素是解析机械增压缺点的核心)
问题1:任何机器的运转都需要消耗能量,压缩机本身没有动力元,运行依靠的是曲轴的转矩;那么在运行中则必然会损耗转矩,而该能量乘以转速再除以常数得出的是功率,用功率乘以1.36等于马力。
怠速运转需要的马力数值是固定的,压缩机消耗了曲轴的转矩则会降低马力;于是以标准800rpm的转速就无法满足稳定怠速需求,结果不得不提高转速拉升扭矩以进行稳定。但是转速除以二等得出的数值,为内燃机每分钟喷油做功的次数;也就是说怠速转速的提升会增加油耗,而怠速油耗在代开压缩机后基本与排量数值相当。(2.0L≈2.0L/1hour的消耗量)
问题2:机械增压器是不能停止运行的,那么在怠速时也会损耗曲轴转矩;所以使用这种系统的增压机怠速转速普遍偏高,打开压缩比后会更高,怠速油耗还能理想控制吗?
重点是增压的概念是通过压缩空气,提升标准排量(进气量)中的氧分子占比;氧气是燃油的催化气体,通过增氧的方式可以让固定量的燃油,在化学反应的过程中转化出更大的转矩(扭矩)。
但是增压器本身又会损耗转矩,动力提升的标准则为【增氧增扭部分-增压器损耗部分】,效果显然是不够理想;而且S涡轮的转速是基于曲轴转速放大,但是内燃机转速普遍只有≤7000rpm,增压的效果是很差,结果则造成整体动力提升的水平很有限。
这就是能够全时增压的S系统被淘汰的原因,增压效果过差且怠速本就不应该增压,但是这种机器做不到;所以目前也只有改装车市场还在使用这种简单易操作的技术,给普拉多或者途达这种动力羸弱的车辆进行改装而已。
核心因素·惯量
废气涡轮增压器能否做到「全时增压」呢?答案显然还是肯定的,但不应该这么设定!废气增压系统的运行原理比较特殊,其涡轮的驱动力来自内燃机正常运行时的排气压力;也就是把通过排气管排除的尾气,先饶达一圈到涡轮位置,以高压气流吹动涡轮运转,涡轮在带动进气管路中的叶轮运转,从而对进气道中的空气进行压缩,运行原理如下。
【节油】是需要重点说明的:以400N·m(1550~4400rpm)的发动机为参考,在这一范围内发动机的进气量是标准的2.0L(升),喷油量则会按照14.7:1的空气燃料比调整。
但是400N·m(3000~4250rpm)的发动机,在3000转之前都可以不按照标准空燃比喷油;进气此时的增压器压力不是很高,吸入的空气量会低于标准2.0L,即使经过压缩也是要低一些的。那么喷油量就会按照少量的空气计算,油耗当然会低一些了。但是性能却并不用担心,因为能实现最大峰值400的扭矩,足以说明中低转速区间的也可以通过其他技术,实现可以满足正常驾驶的动力;所以从驾驶感受综合节油的角度分析,其实这种看似迟滞在的中大排量发动机体验会更好,而第一类机型只适合追求驾驶乐趣的性能车型。
说明:自然吸气发动机没有正压的增压系统,进气依靠的是活塞运转与排气时的吸力;转速越低则吸力越小,所以这种发动机往往在4000转以下都不会按照标准排量喷油;假设为2.0L的发动机,概念可以这样理解。
1000rpm≈1.0L
1500rpm≈1.3L
2000rpm≈1.5L
3000rpm≈1.8L
4000rpm≈2.0L
也就是说这台2.0发动机的中低转速区间,喷油量仅仅相当于小微型发动机,所以自然吸气动力汽车普遍被认定为省油。但是这种省油的前提下驾驶员而不是车,因为喷油标准不按照标准排量,可燃物的基数小则转化的扭矩低,动力必然是很差的;而想要提升动力就只能拉升转速,这样理解就肯定没有增压机省油了。
再次计算:
2.0L-最大扭矩200N·m,4000转达到峰值
2.0T-最大扭矩400N·m,3000转达到峰值
然而这台看似低效率的增压机,实际在1500转就已经有200N·m的标准,差值是不是非常大呢?咱们假设汽车需要100马力可以正常行驶,2.0T需要的运行转速只是2000转多一点,而看似省油的2.0L则需要以接近4000转的高转速运行。
即使是低惯量2.0T-400N·m的机型,似乎以差值2000转(每分钟减少1000次喷油)为基础,单次喷油量大一些也会更加省油。而动力合格的高惯量2.0T发动机则会更加省油,对比自然吸气发动机的优势会更大哦。
总结:涡轮增压发动机的介入转速应当高于怠速转速,否则怠速的喷油量也会是标准空燃比喷油量,这会让油耗明显升高。而介入转速普遍都不高,且达到最大扭矩的转速也不一定是越低越好。
不同类型的汽车适合不同类型的发动机,比如追求驾驶舒适体验与操控简单的商务车型,这些机器就是适合大扭矩高惯量增压发动机;反之则适合低惯量增压器,比如某些运动型轿跑车。