涡轮增压发动机优缺点是什么?
「内燃机·涡轮增压」技术已达到成熟阶段-目前并无缺点
目录:
- 节油优势
- 性能优势
- 使用寿命
- 维保成本
- 制造成本
分析涡轮增压(TURBO)发动机的特点,需要从这五个方面着手。首先Turbo技术的普及初衷并不是单纯为提升车辆性能,核心因素是为降低车辆油耗;实现节油的前提是汽车正常驾驶需要合理的动力输出,本篇假设需要是100马力(PS),发动机以2.0L排量为标准。
计算题2.0L-NA自然吸气发动机最大扭矩200N·m,在1000/4000rpm的转速区间线性提升,4000转将将达到峰值。发动机的转速越高油耗就会越高,因为(转速÷2)等于发动机做功频率,每次做功都是要消耗燃油的。2.0T涡轮增压机的最大扭矩为400N·m,可以在1550/4400rpm区间维持最大数值,那么这两台机器实现100马力的各自转速是多少呢?
答案:按照「马力=转速×扭矩÷9549×1.36」的公式反推计算,标准如下。
- 2.0NA≈3900rpm
- 2.0T=2000rpm
谁更节油还有争议吗?
知识点:增压机在很大的转速范围内可维持最大扭矩,此时的喷油量是按照【排量·进气量】以14.7:1的理论上空燃比计算,因为进气是充足的。但是自然吸气发动机是依靠活塞运行或进排气门同步开启的吸力吸入空气,在中低转速区间的吸入的空气并不是标准排量(进气量),所以在中低转速范围内,相同转速的喷油量确实是要少一些,比例也许只是60%~90%区间,这是普遍认为NA机型节油的原因,但综合转速差值计算就没有意义了。
因为按照低转速区间喷油量会略低一些为标准,达到相同的马力的转速差值接近2000转;涡轮增压标准做功每分钟1000次,就算一次喷油量等于1吧,那么1分钟就要消耗1000个基数。
而自然吸气发动机是每分钟做功2000次,按照平均0.8的标准计算,同样一分钟内消耗的燃油基数达到了1600个。所以涡轮增压发动机的节油是没有争议的,实际应用中只要驾驶风格与驾驶NA相同则会更低;但是因动力的提升效果非常明显,车辆用户的驾驶习惯会越来越激进,所以技术可以节油而用户不选择节油,于是出现了Turbo似乎费油的错觉。
知识点2:从参数可以看出一些端倪,相同排量的发动机采用Turbo技术,最大扭矩不仅能在很大范围内稳定峰值,同时可以比NA机型翻一倍。其实这才是实现节油,同时做到性能大幅提升的基础。
原理为「富氧燃烧」,燃烧燃油的过程是碳氢化合物为主的可燃物的氧化还原反应,在反应过程中分子运动产生的推动力和热能是动力,通过结构转化为扭矩。想要提升扭矩无非是提升可燃物的数量,但是这种方式会费油;其次则是增加氧浓度,加强可燃物的反应强度,这是比增加燃烧基数效果更理想的方式了,所以才会出现扭矩的倍数级增长。
成本问题增压器是不是每十万公里就要更换总成?类似的问题普及早期比较多出现,因为初期的增压器材料比较差,在高温高压的环境中是容易损坏的;有些知名品牌的车辆确实要10万公里左右更换一组,但技术要往后看而不是抓住从前不放。
以目前增压器材料标准,增压器可以做到终身免维护,也就是与发动机总成的使用寿命相同;普通汽油动力车辆不讨论,这些机器的运行工况是没有那么恶劣的。要知道所有轻中重型客货车都用柴油发动机,而这种发动机都是缸内直喷的涡轮增压机,车辆行驶里程动辄上百万公里,频繁更换过增压器?
养护成本同样不需要担心!很多人说涡轮增压发动机需要用全合成机油,这种说法并不准确,很多性能中庸的增压机是可以用半合成机油的,但是并不划算。
就算普通NA机型可以用最便宜的矿物机油,然而更换周期是不是5000km?每次更换机油时都需要更换机滤,同时还会产生工时费用;似乎两次矿物机油的保养,综合费用比一次全合成机油的保养更高;而全合成机油可以用到一万公里,这就节省了一个机滤和一次工时,难道不划算?而且NA机型又不节油,同时也没有理想的动力体验,单纯对比养护成本是不合理的,因为不在同一级别。
制造成本需要着重说明!废气涡轮增压系统的各项成本都要比NA机型高,从研发到材料,从冷却系统到车架匹配,综合需要使用「可承受最大输入扭矩」更高的优秀高成本变速箱;可以说涡轮增压汽车的综合成本会高得多,但是这里又有一个非常有趣的现象。
从≥6万级别开始,只要有自然吸气发动机汽车可选,就一定会有涡轮增压动力的汽车选项;由此可见谁的诚意更高了,如何选择自己考虑吧。
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涡轮增压发动机优缺点是什么?
首先说第一点作用:涡轮最早应用在赛用领域,但是随着时代的进步,民用车也逐渐涡轮化,原因很简单,排量税,用小排量家涡轮的方式换取大动力是不错的选择。
第二,优点,进气效率大大提高,节约税费。扭矩输出点更为靠前,说白了就是有推背感。
第三,缺点,当今的涡轮增压器已经可以做到与发动机同寿命的质量,不用担心这个东西的额外保养,但是最大的缺点就是在涡轮达到正压力之前发动机在加浓喷油使涡轮更快到正压区,这样燃烧不充分就会有大量的积碳,所以涡轮加直喷的车型一定要注意谈污染的问题,适当拆洗和加添加剂能有效减少积碳对发动机的影响。
涡轮增压发动机优缺点是什么?
1、涡轮发动机的优点
功率比同排量自吸发动机高
涡轮一旦开始增压后,进气量变大,同时就可以有更多的燃料在气缸内燃烧,扭矩会变得非常大。一般涡轮发动机的最终功率都会比相同的自吸发动机功率更高。
扭矩输出早
一般来说当涡轮介入后,发动机产生的扭矩会比自然吸气发动机大很多,最高扭矩也会提前到来,在低转速时动力会更加强劲,给人一种随叫随到的感觉。特别是现在的车型基本都解决了涡轮迟滞的问题后,发动机输出都越来越直接了。
热效率高
因为压缩空气氧气更多,所以汽油燃烧更加充分,发动机的热效率就更高。同样功率的发动机,涡轮机一般都会更加省油。
2、涡轮发动机的缺点
对保养要求高,机油消耗量大
涡轮增压技术车型对机油的消耗和润滑度要求都特别高。涡轮发动机的大功率、低油耗都依是其精密的设计和制作工艺达成的,这也决定了它严苛的工作环境。
对此我们需要随时保证发动机工作环境的干净,在定期更换机油的同时,还需要按时清洁或更换空气滤清器,防止灰尘等杂质进入高速旋转的增压器叶轮。灰尘颗粒可能会打坏增压器叶片。相比起来自然吸气发动机就更好照顾一些。
积碳的发动机,涡轮增压发动机容易积碳。
涡轮增压发动机优缺点是什么?
发动机涡轮增压器装置主要作用是,减低燃烧燃料的同时来提高马力,工作原理就是通过燃烧完的废气吹动排气口叶轮选择带动进气口叶轮旋转,充分利用了废气的动力增加了进气量。
我们进入第一个问题:涡轮增压器为什么引擎达到一定的转速才会介入涡轮增压器两边叶轮是同一方向旋转的,依靠发动机吸入空气吹动1号叶轮旋转进入燃烧室,如果涡轮增压器想介入,必须达到一个条件,那就是燃烧室排出的废气带动2号叶轮的转速要大于进气口带动1号叶轮的转速。一旦达到这个条件,就会从1号叶轮带动2号叶轮旋转,变成2号叶轮带动1号叶轮旋转。因为此时足够的燃烧室废气量大于了发动机本身吸入空气旋转叶轮的力量。我们可以看到1号叶轮的进气口很大,而2号叶轮是一条缝隙,这样更有利于集中废气的力量。这就是为什么发动机只有转速高时涡轮增压器才会介入的原理。
要点:利用废气驱动叶轮减轻了发动机吸入所需空气的压力
第二个问题:涡轮增压器发动机为什么要比自然吸气的更贵涡轮增压发动机可以进入更多的空气与燃油混合进行压缩燃烧,如果没有足够的空气进入发动机无法喷射更多的燃料,因为不管是空气、燃料任何一种值不正确无法达到正确的空燃比。当涡轮增压器进入更多的空气时,同时燃油会加快喷射数量,引擎转速会在短时间内进入高速旋转,瞬间达到高转速高扭矩状态。我们回到第一张图可以看到,如果把发动机比做人体心脏的话,那就必须对材质进行提升,普通的材质是无法瞬间承受高转速高扭矩的压力的,从而导致了制造成本的增加。如果使用普通材质来承受,某些零件可能会瞬间断裂或者是弯曲。
要点:瞬间增加旋转速度和扭矩对材质有了更高的要求,从而增加了制造成本。
第三个问题:涡轮增压发动机真的比自然吸气发动机好吗?我们在选购车辆时,都会在涡轮和自吸两种发动机当中迟疑,不知道到底有着怎样的区别,但是大家都一个共识,那就是涡轮增压发动机动力比较强劲,而自然吸气略差一些,其实这个问题也是分路况的,并不是任何时候都是这样的。
涡轮增压有一个共同特点就是在同一车型,同一发动机平台排量更小马力却越大,这只是相对的。涡轮增压器工作都有一个峰值,一旦超过工作峰值就会通过旁通阀开关控制涡轮工作,在涡轮关闭的情况下,我们刚才说了因为它的排量小,动力性能将大幅下降。这与自然吸气发动机相比就是涡轮增压器发动机的缺点。
我们可以参考现在越野车发动机的特点,为什么很多6缸3.0排量左右的车都没有什么增压器,就是因为增压器在一定的峰值会导致动力无法正确平稳的输出,所以再次证明了增压器只是瞬间发生工作,而不会随着动力需求持久工作。
总结:选购车时结合自己的行驶路况,路况大多是平路时,涡轮增压还是有优势的,如果经常行走崎岖不平的道路最好还是选择自然吸气发动,当然这只是一个大概的方向,并不是百分百绝对的。
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涡轮增压发动机优缺点是什么?
优点:扭矩大,涡轮介入之后马力明显增强,避免不少排量税。
缺点也有很多,表面上,涡轮增压利用废弃驱动,基本没有额外的能量损耗,便能轻易地创造出大马力。
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