为什么现在大排量发动机不建议使用了?

「既想马儿跑又想马儿不吃草」-大排量发动机必然要淘汰

原因概述:

  1. 节油减排
  2. 技术进步

很多汽车爱好者对于大排量自然吸气发动机(normally aspirated-简称NA)还有情怀,认为高级的汽车都应该使用这种发动机;似乎只有排量足够大动力才会足够强,油耗足够高才能说明汽车级别高……然而这样的观点已经落伍了,可以说对内燃机的技术特点、混合动力以及电驱技术稍微有些了解的话,面对NA都会嗤之以鼻。

下面先从节油减排与发动机排量的关系进行解析,之后再分析电机与车辆性能的关系。

大排量的无奈

发动机是否排量越大性能就越强呢?

如果单纯讨论NA,或单纯讨论Turbo,答案当然是排量越大性能越强;但是这两种进气技术都是内燃机的常见技术,所以同级车只要有使用相同发动机的选项就可以横向对比,有趣的是主流代步汽车和性能车都以涡轮增压发动机为主,只是自然吸气还在凑着热闹。

参考对比:

  • Audi R8·5.2L-V10,456kw/570N·m
  • 法拉利 F8·3.9T-V8,530kw/770N·m

这两辆跑车应当是全球知名车型了,性能哪个更强呢?毫无疑问是排量更小的F8动力更强劲,百公里加速只需要2.9秒,R8还在3秒开外;这就说明了排量越大不见得性能越强,NA技术的大排量发动机基本只是油耗更高而已,那么究竟是什么因素实现小排量发动机能实现更强动力的呢?参考下图。

图1:涡轮增压的结果

图2:富氧燃烧的概念

「NA+Turbo」等于涡轮增压发动机,增压机其实不是一种单独类型的内燃机,概念只是在自然吸气发动机的基础上增加“涡轮增压器”;增压器的本质是空气压缩机,其动力来自NA运行中必然产生的排气,排气压力是非常大的。不过NA是直接浪费了这个动力,增压机则是利用排气压力来驱动压气机的涡轮以每分钟数万到数十万转的超高转速运行;在进气管道中高转的涡轮会形成一股很强的吸气压力,发动机以不够高的转速即可让增压器达到高转、高转的增压器以强劲的吸力即可吸入与排量等量的空气并进行压缩。

这是个提升性能的基础,自然吸气发动机只有活塞往复运行这一道吸力(涡轮增压机也有),这道吸力只有转速越高才能越大;所以即便是R8这种车也得到六千多转才能达到最大扭矩——最大扭矩依靠与排量等量的进气量和喷油量燃烧实现,也就是说6500转之前的R8,它的动力都没有达到5.2L的排量标准,动力差则是必然的结果喽。

重点:富氧燃烧是提升内燃机动力的基础,燃油汽车即便在热车状态也达不到「充分燃烧」的程度,因为燃烧反应需要充分的时间,内燃机做功时间太短则无法燃烧充分。NA的燃烧充分性其实是非常差的,看似排量很大且喷油量很大,但大部分燃油都被浪费掉了;想要提高性能或降低油耗,方式无非是让燃油的燃烧充分性提高,如何提高了?方式就是“压缩空气”,因为空气被压缩后会增加“体积相同”的空气中的氧分子数量。

燃油的燃烧是氧化还原反应,氧浓度越高(富氧)则反应的速度越快;也就是说只要通过涡轮增压技术提高进气量就能达到与排量标准的燃烧做功,进一步提高氧浓度则可以让标准的燃油反应出更多的热能——量化的概念是「扭矩」,扭矩×转速÷9549×1.36=马力;扭矩越大马力(动力越强),反之在需要的马力相同时,扭矩越大运行转速越低,转速越低油耗则越低,说白了涡轮增压技术就是为提升扭矩、提升扭矩的目的就是为提升性能,对于普通代步汽车而言(涵盖所谓的豪华品牌汽车)则为了降低油耗。

涡轮增压发动机的体验行不行呢?

第一节说明了大排量发动机的淘汰是必然的结果,只有原始的内燃机技术才会依靠排量来提升动力,先进的技术一定是依靠氧气与燃烧效率来提升动力;不过举例的这两辆车有些不接地气的感觉,下面再来看三台比较有代表性的代步车发动机吧。

  • 2.5L-NA 135kw/240N·m(最大扭矩4000rpm)
  • 1.5T 136kw/288N·m(1500~3800rpm)
  • 2.0T 185kw/390N·m(1750~4000rpm)

这三台发动机都应用于10-20万区间的代步汽车上,哪辆车的加速感平顺或不平顺呢?

一般观点是认为2.5L加速平顺,因为最大扭矩只有在4000转这一瞬间才能达到峰值,假设800转起步则800-3999rpm的扭矩都在线性的升高,转速也在线性的升高所以平顺;这样的观点是没有错的,但也这是了解些皮毛才会这么认为。且不论其代步转速区间因扭矩小而造成的动力极差的问题,以及想要体验很一般的动力就会很费油的问题(用于紧凑级车破百12-14秒),它能实现的平顺剩下两台发动机同样能实现——原因很简单,因为转速的升高是线性的。

决定加速是否平顺的核心因素不是扭矩,而是「马力曲线」(功率)。

扭矩和转速是相乘的关系,那么只要转速的上升是线性的,马力的曲线当然也是线性的;以第一台1.5T发动机为例,其涡轮增压器的介入(开始运行)转速为1000转,在1000-1500转区间为增压压力的线性提升、也就是扭矩的线性提升——在这个范围内特点与自然吸气发动机相同、但是扭矩还是会因增压器的相对低效率运行而大幅领先——到发动机转速1500转时、涡轮增压器达到最高转速,也就是增压压力达到最高,在1500-3800rpm区间转速不变,扭矩也就不变了。

那么这台发动机在1000-1500转之间是线性动力增长,是“扭矩+转速”的同步增长;而在1500-3800转的范围内,是扭矩不变、转速增长,单纯的转速提升自然会非常平顺,这与带着扭矩波动的自然吸气发动机要更加平顺,所以从来不存在涡轮增压发动机不平顺的说法——绝大多数适应了代步汽车NA动力的司机,会感觉涡轮增压发动机“顿挫”“冲”等等,原因只是初期没有适应越级提升的动力、说白了就是适应了动力羸弱的汽车而不了解性能车的加速感罢了。

还别不服气,这还就是事实,而且就是淘汰普通3.0-4.0L-V6或八缸的所谓大排量高性能车的原因;绝大多数3.0L的发动机还不如优秀的1.5T扭矩大,功率高一些但优势也不突出;2.0T的最高标准可以达到≥205kw/400N·m,4.0L-V8也就是这个标准喽。那么相当的动力水平选择只有油耗高这一个特点的NA,这不是疯了吗?所以各大车企都不再用这种发动机,只有些技术落后的老旧车型还在用这种技术门槛低、制造成本低的机型。

电机

最后可以再来了解一下电动机,很多使用3.5T-5.0T的超跑车,百公里加速时间还在3-5秒之间;然而电动汽车和插电混动高性能车,以2.0T多引擎系统即可达到相当的水平。比如比亚迪汉DM这辆轿车,作为两吨重的中大型轿车超过大部分超跑500公斤左右,但是百公里加速可以达到4.6-4.7秒,这是如何做到的呢?

原因正在于后桥装备了一台「后置后驱」的永磁同步电机,功率达到180kw;这台电机在起步加速瞬间即可爆发最大扭矩,上述1.5-3.9T没有一台能做到;这是动力电池组在起步瞬间即可往电机输入最强电流的结果,而电流的速度相当于光速,最大扭矩刹那间即可形成。所以初段加速的爆发力非常强,后半段加速内燃机才开始主要发力,这样的组合以“优势互补”的方式、通过内燃机与电机的搭配可以轻松实现超跑的性能,有了这种技术还有必要用什么大排量NA吗?

电机恒扭矩、依靠转速提升车速的直驱模式,这又是任何内燃机都比不了的线性,这就决定了大排量自然吸气发动机和涡轮增压发动机都没有了什么探索的意义;在后燃油车时代中,内燃机这是作为辅助动力元存在,或者作为增程器来使用,这种落后的发动机已经没有什么研发的必要性了,所以很多车企都停止了对内燃机和变速器的研发投入。

在汽车全面转型电驱之前,性能车只需要混合动力或电动汽车,混动是兼顾高性能和续航里程的选项;一旦充电便利性问题解决,动力电池组的成本进一步下探且密度稳步提升,内燃机被淘汰也只是一瞬间而已。

编辑:天和Auto-汽车科学岛

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为什么现在大排量发动机不建议使用了?

一、造价:最简单的一点,在同一个系列中,也分好几种排量的发动机,比如大众的EA888系列发动机,就分有1.8T,2.0T等等,同一系列下小排量和大排量发动机的技术基本上是相同的,但是造价却是天壤之别。哪怕是同样排量的2.0T发动机也有高功率和低功率的版本之分,功率不一样使得装配过程中使用的零件不同,在大功率版本发动机上轻量化的配气机构和活塞连杆曲轴,强度更高的缸体,冷却效率更改的冷却系统等等都是不同的。在调教方面也是有区别的,点火系统更加灵敏,ECU和电控系统的系统的协调性都是不一致的。这些地方就体现出了性能的差异,也体现出了价格的区别。而市场上的对于高性能汽车的需求并不大,一般人购买能力有限和用车需求基本上都是家用的,接接孩子,买买菜,上下班通勤这类的需求,对于这中大功率汽车实在没有必要。除开上面的各种因素,其实在日常生活中的实际情况,普通人很难将大排量高功率的汽车性能发挥出来,如果在道路上飙车还很容易引发交通事故的,影响到其他车辆的正常行车。

二、排量税:国家税务机构早在十年前就开始调整了大排量汽车征收税务。排气量在3.0升以上至4.0升(含4.0升)的乘用车,税率由15%上调至25%。排气量在4.0升以上的乘用车,税率由20%上调至40%;在提高大排量汽车的税率同时,也降低小 排量乘用车的消费税税率:排气量在1.0升(含1.0升)以下的乘用车,税率由3%下调至1%;同时对部分乘用车进口环节消费税进行调整,调整幅度与国内汽车消费税相同。其中1.0到3.0的税率保持不变。

三、油耗排放:一般来说发动机的排量越大,输出的功率越高,油耗也是很大的,同时带来的问题发动机排放的废气也会越多。由于目前技术的限制,发动机的热效率得不到质的提升(柴油机最高50%,汽油机38%)。为了保障能源的稳定和安全,政府部门希望降低温室气体的排放,改善空气的质量。至于车主则希望车子能够有比较低的油耗,提高经济型,降低有车和养车的成本。如果车子不是去加油的路上,就是在加油回来的路上,那就十分尴尬的。

四、市场售价:由于种种原因呢的限制,导致搭载大排量发动机的汽车(大排量高功率发动机的汽车除了有强劲的动力性之外,还需要配套有高性能的冷却系统,润滑系统,制动系统,更加灵敏的电控系统等等)注定造价极其高昂。而市场上的对于高性能汽车的需求并不大,一般人购买能力有限和用车需求基本上都是家用的,接接孩子,买买菜,上下班通勤这类的需求,对于这中大功率汽车实在没有必要。除开上面的各种因素,其实在日常生活中的实际情况,普通人很难将大排量高功率的汽车性能发挥出来,如果在道路上飙车还很容易引发交通事故的,影响到其他车辆的正常行车。

为什么现在大排量发动机不建议使用了?

因为劳斯莱斯和迈巴赫都使用电动汽车了……

为什么现在大排量发动机不建议使用了?

如果不考虑油耗和环保,大排量自吸肯定是最香的,比如AMG 6.2L V8自吸佳作——C63 AMG,就因极致悦耳的声浪、流畅迸发的动力,绝对是男人无法抗拒的大马力后驱车。

再不济,来一台大排量涡轮增压发动机也不错,比如奔驰M178发动机(4.0T V8),不仅动力更为强劲,经济性与环保性都有不俗表现,这台发动机也成为了AMG的主力机型。

不过在NA生存空间狭窄、1.5t~2.0T横行,就连奔驰都敢用1.3T发动机(比如奔驰GLA、GLB)时,大排量发动机确实局面尴尬。不是说它们不好,而是不符合时代发展潮流。

是油耗和排放法规共同杀死了大排量发动机。

排量和油耗呈现正相关的关系,可以用F=1.9765V+4.8212来粗略计算(F为百公里油耗、V为发动机排量)。

虽然排放法规和大排量没有必然联系,直接关联的应该是发动机技术和调教以及三元催化,比如有数据统计称,在小排量的低档汽车中,排放稳定性和耐久性超标的比例大大高于中、高档车辆。

不过这里面有一个技术性问题——为了降低NOx的排放以其达到排放法规要求,需要降低燃烧温度,但这会带来油耗的略微上升。小排量发动机不在意这些,但是大排量发动机就不能不考虑了。

就因为这个原因,AMG已经放消息了,未来奔驰C63 AMG即将使用2.0T四缸+混动系统。好的一面是,在48V轻混系统的助推下,使它能爆发出750N·m的最大扭矩,扭矩比现款还增加了50N·m。

为什么现在大排量发动机不建议使用了?

我来回答你的问题
大排量发动机目前在各个车企车辆当中的应用确实得到了一定程度的减少,这主要是因为在过去,涡轮增压技术和发动机热效率提升没有进步的情况下,发动机功率的提升主要是依靠着发动机气缸数和排量的增加达到的,所以我们会看到之前很多5点几,6点几排量的发动机,并且这些发动机是比较耗油的,但是其输出却比较线性,也算是大排量自然吸气发动机的一个优势。

但是随着发动机技术的发展,一方面小排量的自然吸气发动机的功率得到了明显的提升,这主要是通过改变发动机缸体材质,缸环缸塞口径,发动机进气歧管技术,点火技术,气门技术,喷油嘴雾化技术等方式达到的,目前不少的自然吸气发动机的压缩比得到了大幅度的提升,也大大提升了发动机的热效率。
基于这样的技术

1、发动机的体积减少有利于车企制造成本的降低,毕竟发动机体积小了材料和工序也就少了,所以制造起来成本会更低一些。
2、发动机排量小了,发动机室内就可以留出更多的空间,而且车辆的轴距也就短了,原来大排量发动机的前脸可是特别长的,这一点可以参考上世纪67十年代的美国车
3、小排量的发动机更加省油
4、也是最重要的一点,无论是欧盟还是我们国家,对于汽车发动机的排量和新能源车的指标都是有要求和奖励的,也就是说每个车企的排量是有指标的,减少发动机排量有利于帮助车企在不减少车辆生产的情况下尽快达标。希望我的解答可以帮助你


为什么现在大排量发动机不建议使用了?

小排量涡轮增压发动机,是降低成本,忽悠消费者的做法,小排量涡轮增压发动机,肯定没有大排量自然吸气发动机用起来可靠,耐用,档次高。我们国家对汽车是按照排量收税的,其中非常重要的消费税,车船税都是按照排量收取。消费税是汽车厂家交,车船税是车主交。厂家为了少交税,在市场忽悠消费者,用小排量发动机来代替大排量,由此带来的动力不足,用鼓风机涡轮来补充。这个省钱,不是给消费者省钱,而是给厂家省钱。如果厂家让利给消费者,还算厚道,如果不让利反而宣传涡轮增压是高技术,省油,纯粹是忽悠。

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