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自吸和渦輪這樣的轉速正常嗎?

自然吸氣發動機與渦輪增壓發動機在動力輸出上存在哪些不太一樣的工況?

那麼要分析具體問題,我們首先要了解兩種內燃機的基本工況和設計思路:

一、自然吸氣發動機

NA發動機的整體工況(下圖)整體是屬於爬坡式,外特性曲線圖會有兩個曲線,紅色為扭矩曲線,藍色為馬力曲線。通常來說馬力扭矩曲線相對平緩,而扭矩功率曲線則成陡坡形式。

從工況圖可以看到,整個功率的變化基本隨著轉速的提高不斷提升,轉速越高功率越大,扭矩雖然有變化但是變化幅度明顯小於功率。而扭矩同轉速的升高還伴隨油門的深淺來產生變化。這也就是為什麼有時候總會有人提出NA發動機屬於全轉速扭矩爆發的原因。

當然,也正是由於這種工況,才出現了類似K20A這種依託壓榨發動機轉速,從而提升發動機動力的紅頭高轉發動機。因為如果不伴隨渦輪增壓等技術,NA機頭想提高發動機的動力表現拔高發動機轉速是最最直接的辦法。

但是隨著油耗、減排、稅收政策等原因,NA發動機遇到最大的問題是排量必須降低,所以如果一旦從六缸、八缸轉變成四缸機,自然吸氣發動機由於排量降低而招來的動力減弱是無法避免的,因為轉速畢竟有上限,民用級發動機能把轉速拉到9000rpm已經不易,如果繼續提升那將是整個發動機從缸體、連桿、活塞、凸輪軸、油封等等部件的整體耐受力提升。

也正是由於這個原因,渦輪機橫空出世了。

二、渦輪增壓發動機

渦輪發動機機頭的整體工況圖(下圖)屬於大起大落型或者上台階式,並且會擁有一段比較平穩的扭矩平台期。以通常2.0T發動機來說,轉速爬升到1800-2200轉就會開始進入平台期,。這個平台期的寬度可能會只有1000轉,也就是從1800轉或者2200轉進入最大扭矩爆發點,這個爆發時間會持續1000轉,直到2800或者3200轉時候扭矩輸出才會減弱。

渦輪增壓發動機本質上是通過渦輪葉片被帶動,讓更多的空氣進入氣缸的,強制進氣做法。因為本質上,內燃機是空氣與汽油混合燃燒產生動力的運轉方式。所以,在不能進一步提高燃燒效率、克服發動機自身負載、提高傳動效率的情況下,那麼為一個等值的氣缸增加更多的空氣進行燃燒就是提升動力最直接最快速的方法。

但是渦輪增壓發動機往往會遇到若干比較實際的問題,第一、低扭不夠,也就是在發動機轉速較低情況下,渦輪葉片的轉速不夠,不能產生足夠的進氣量提供不了足夠的正壓力,也就不能給予發動機本體足夠的幫助。第二、渦輪遲滯,這個東西本質上與發動機轉速、渦輪壓力值有很大關係,一旦轉速上升到足夠水平,渦輪開始產生正向壓力值,發動機扭矩會超越自然吸氣發動機。

而渦輪增壓發動機積碳、燃燒效率不高、低扭不堪使用等等問題確實客觀存在,於是乎也就產生了類似Toyota 8AR這樣的雙噴射機頭,這是后話了。

以上簡短的把NA和Tubro發動機的不同工作模式進行了簡單的介紹,下面我們具體看看題主的問題。

首先,我們看到代號2GR-FE的3.5L自然吸氣發動機,屬於非常典型的大排量自然吸氣發動機,從工況圖可以看出來,整個發動機的扭矩爆發呈現隨轉速爬升而明顯提高的趨勢。

在1000-2000轉區間,扭力範圍260-280牛·米;2000-3000轉區間,扭力範圍接近300-320牛·米;而在4800轉時扭力達到377牛·米的頂峰,注意在此轉速下馬力值也接近240匹。可見這套3.5L的發動機扭矩和馬力的工況都非常線性。

而根據題主的描述「本人是漢蘭達3.5車主,在市區駕駛時,只要不是非常急的動力需求,加速時升檔轉速基本維持在2000以內,一般都是1700以內」在1700-2000轉左右,漢蘭達可以獲得最大260-280牛·米的發動機扭矩,即便是四驅存在動力傳輸過程中的損失,輪上扭矩也不會太低,對於驅動第二代漢蘭達這台大車基本不太困難,也就是我們通常說的夠用了。

那麼變速箱選擇在2000轉不到進行升檔,是一個比較不錯的邏輯,既能保證動力的輸出,還能夠減少油耗。

其次、題主描述的「最近開了開同事2T的漢蘭達,發現大致同樣動力需求,同樣油門深度加速時轉速幾乎不能將轉速拉倒1900轉以下,稍微重踩一點都要飆升到2500+左右」。我們詳細觀看8AR的工況圖可以發現,從1600轉基本就進入我前文提到的平台期,這台發動機平台期比較長,基本從1600-4700轉,接近3000轉的平台期,這也就不難理解為什麼給油后發動機會維持在1900轉以上了,一旦進入平台期轉速的變化不太會影響扭力的輸出,但是轉速的提升會影響馬力的輸出。

同時,這台8AR發動機為了解決低扭不夠的問題,在1600轉時就躍升到了扭矩爆發平台,並沒有像2GR-FE那樣隨著轉速的變化扭矩也發生變化。所以從發動機本身來說,如果你給油對於8AR它只有一個選擇「啊,主人踩油門了,來大家跟著我躍上平台,玩命奔吧!」

最後、回答題主的終極提問「為什麼一個扭矩更小(337)並且需要4700轉才能爆發最大扭矩的發動機可以用更低的轉速獲得同樣的加速,扭矩更大(350);最大扭矩只需1800轉的反而需要維持在更高的轉速呢?」

第一、2GR-FE雖然是在4800轉才能爆發出最大扭矩,但是隨著你油門的深入,刺激的愈發加深,在高潮來臨的路上,已經有足夠的動力輸出到傳動輪上,為什麼還要把轉速逼到4800rpm呢?不是有句話說,高潮來臨前的快感也是很充足的。所以,自然吸氣發動機線性的扭矩表現,給予了這台3.5L發動機比較自由的轉速選擇權。

第二、8AR一腳踩上1800轉,已經站上了平台,而隨著轉速爬升,高潮已經來臨。注意是來臨,而往往由於發動機工況會存在幾百轉的出入,所以往往TCU會控制變速箱再把轉速往上提幾百轉來確保進入最大扭矩爆發區。

總體來說,3.5L的2GR-FE畢竟擁有比較大的排量,就如我之前說過的「動力是個筐,啥都往裡裝」,排量大了根本不需要把轉速提升到4800rpm就可以比較好的完成加速工作,那自然就沒必要繼續拉高轉速了,相反8AR縱然用了雙噴射等技術,但是由於先天排量的限制也就無法滿足低扭的輸出。從題主的描述看,3.5的二代漢蘭達整體的低扭表現會更好一些。

▲老漢蘭達5AT齒比

▲新漢蘭達6AT齒比

▲5AT和6AT齒比對比

最後,解釋一下齒比的問題,老漢蘭達採用5AT而新漢蘭達是6AT,兩台車齒比差距其實並不大見下圖。而在TCU(Transmission Control Unit/自動變速箱控制單元)程序里,齒比確實是一個決定換擋時機的主要因素,但不是唯一因素,我個人的意見在題主的疑惑中,齒比並不是影響TCU邏輯的主要原因,主要還是由於發動機的差異。



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