涡轮增压发动机之所以能在较低转速下达到最大扭矩,主要得益于涡轮增压系统。在节气门全开的情况下,涡轮增压器可以压缩大量空气进入气缸,提高进气量。而自然吸气发动机的进气量受大气压限制,低转速时存在漏气,高转速时充气效率降低,因此最大扭矩出现在较高转速。涡轮增压发动机的最大扭矩转速较低,并不意味着在任何工况下都能立即输出最大扭矩。实际驾驶中,油门踩下的深度、发动机负荷等因素都会影响扭矩输出。此外,涡轮增压发动机在加速初期可能存在涡轮迟滞现象,但随着扭矩的爆发,后段加速性能会逐渐提升。自然吸气发动机虽然最大扭矩转速较高,但动力响应更快,适合市区频繁加减速的工况。而且,自然吸气发动机的热效率通常更高,燃油经济性更好。例如,丰田2.0L自然吸气发动机的热效率达到40%,而本田1.5T涡轮增压发动机的热效率为38%。总之,涡轮增压发动机和自然吸气发动机各有优缺点。涡轮增压发动机在畅通大直路上表现出色,而自然吸气发动机更适合日常驾驶。选择哪种发动机,还需根据个人需求和驾驶习惯来决定。涡轮增压发动机之所以能在较低转速下达到最大扭矩,主要得益于涡轮增压系统。然而,实际驾驶中扭矩输出受多种因素影响,涡轮增压发动机在加速初期可能存在涡轮迟滞。自然吸气发动机虽然最大扭矩转速较高,但动力响应更快,热效率更高,更适合日常驾驶。选择发动机类型需根据个人需求和驾驶习惯。
没想到这个回答还有朋友点赞,自己看了一遍,发现废话有点多,不够长驱直入。
所以这里补充一下:
[转速]不是时间单位!所以,最大扭矩转速低,和扭矩来的早晚没有任何关系。
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因为许多媒体或车评人,不知道是故意还是真不懂,一直在把大家往坑里带,所以想解释这个问题,还真得花点时间。
首先,要讲一下往复式活塞内燃机的一些基础概念。
1扭矩:四冲程活塞式发动机的扭矩代表了单个活塞在做功行程的做功能力。当火花塞点燃气缸内压缩的油气混合气后,气体膨胀推动活塞做功,活塞连杆又带动曲轴旋转,最终在曲轴输出端产生扭矩。油喷的越多,则该次活塞做功时产生的扭矩越大;喷油量又取决于气缸进气量,空气多、油少,则不易点燃;空气少、油多,则会有部分雾化汽油无法完全燃烧,导致发动机热效率降低。
汽车油门(学名加速踏板)控制的是发动机气缸节气门的开度,即控制进气量。ECU(发动机控制单元)根据空气流量传感器的数据自动调节喷油量以匹配进气量。所以,进气量越大,喷油量越大,扭矩越大。[这段话可能被杠,我表述的是基本控制原理,新型发动机在控制时会同时计算电子节气门、废气旁通阀、EGR阀的开度,比较复杂]
2转速:发动机转速正比于曲轴输出端的扭矩、反比于变速箱输入端的阻力矩。曲轴输出扭矩已经解释过了,变速箱输入端的阻力矩来自于车轮,是所有车辆行驶阻力的体现。所以,发动机转速和扭矩、功率没有一一对应关系。挂上空挡,此时变速箱阻力矩非常低,轻踩油门就能达到二、三千转;后面拖一辆小鹏汽车(高动能回收),油门踩到底,可能都上不了2000转。
发动机参数上标注的xxxx转达最大扭矩、xxxx转达最大功率,这个叫发动机外特性,即节气门全开工况下是这个参数。节气门全开基本等于油门踩到底,用“基本”是因为在最大扭矩转速后,油门踩到底,节气门也不会全开了。而在市区跟车,踩个15%油门,发动机1500转时,距离当前转速的最大扭矩还差得远呢!
3功率:汽油发动机核心参数之一。单次做功能力(扭矩)和做功频次(转速)结合起来(扭矩*转速)就是功率。功率决定了汽车的动力性能。
4扭矩、转速、功率与加速的关系:
扭矩越大,越能克服阻力矩来尽快提升转速,使发动机输出功率快速提高;发动机转速提高后,气缸进气量也会提高,扭矩又会变大,转速也会变得更高。
汽车从一个稳态(动能E0)提速到另一个稳态(动能E1),则加速时间t=(E1-E0)/P,P就是功率。但活塞式汽油发动机功率不是恒定值,功率是随着转速提高不断变化的,不能这么除。所以汽车的加速性能取决于发动机功率随时间的积分,就是发动机用多长时间可以做出(E1-E0)的功。
之所以不能用a=F/m来计算加速度,是因为活塞发动机曲轴输出的不是恒力。用牛顿第二定律计算出的仅仅是活塞在做功行程初段的加速度。但扭矩大,发动机转速提升就快,发动机功率随时间的积分就多。
不过,由于涡轮迟滞的存在,大扭矩的涡轮增压发动机在加速的前2-3秒或者说短距离加速上毫无优势,在度过2-3秒的扭矩低值后,随着扭矩爆发,涡轮增压在后段会越来越快,这个下面在具体解释。
5最大扭矩转速:把油门踩到底,在这个转速点或一个转速区间,进气量最大、喷油量最大。当转速超过最大扭矩转速,ECU会通过关小节气门或开启废气旁通阀来限制进气量,此时虽然驾驶员依然把油门踩到底了,但节气门并不是全开状态。限制扭矩主要是因为受制于缸体、缸盖、活塞连杆和曲轴强度,不能无限制提高;同时,扭矩过大,变速箱内的齿轮、轴也要相应强化,导致成本提高。
6最大功率转速:把油门踩到底,在转速越过最大扭矩点后,虽然扭矩在下降,但扭矩*转速得到的功率却在提高,直到达到最大功率转速。越过最大功率转速点后,节气门进一步关闭,扭矩快速下降,此时虽然转速还在升高,但功率却在减小。限制最大功率的因素有高转速下充气效率低和发动机的散热能力。
最大功率转速通常在红线转速区附近,如果达到最大功率转速后即升档,则转速立即下降一千多转,输出功率掉一大截。此时反而不如向红线转速攀升,虽然功率在下降,但好歹不是断崖式下降。神车思域所用的CVT变速箱,在加速时可以通过不断调整传动比把发动机转速锁定在最大功率转速,避免了其他车型一档升二档、二档升三档掉1000多转速、降功率的情况。
接下来,我们来回答一下题主的问题。
1.为什么涡轮增压发动机一千多转就能达到最大扭矩,而自然吸气得4000多转才能达最大扭矩
答:因为有涡轮增压系统,可以在节气门全开工况,1000多转时就把大量的空气压入气缸。
而自然吸气发动机进气全靠大气压,低转速时存在漏气、高转速时充气效率低(就是活塞在吸气行程制造真空容积比进气还快,空气还未充满就关闭进气门开始压缩了),它的进气量跟随转速变化就是低–高–低,最大进气量时就是最大扭矩。
==补充一下==
某发动机参数写着最大扭矩转速:1350rpm,这个参数怎么测的?
这是在试验台架上测到的数据,发动机上试验台,连接电力测功机。给发动机下节气门全开指令,发动机开始全力运转,此时转速会快速上升,可能会迅速达到5000转。然后试验人员通过在测功机上增加负载,把发动机转速“憋”下去,比如首先憋到3000转,稳定后读取发电机输出功率和扭矩;再继续增加负载,憋到1500转,读数;憋到1350转读数。最终把点连成线,就得到了外特性曲线。曲线范围内都是发动机可以达到的工况。
但是在正常路况下,我寻思得多大的阻力,才能在1350转达到最大扭矩啊?后面拖个2吨的车,然后全油门爬陡坡,差不多可以在1350转达到最大扭矩。
2.自然吸气还有什么意义?
答:如果你认真看了上面的科普,你就会知道,转速和扭矩没有直接关系。我们看EA888Gen.3B的BSFC图,横坐标是转速,纵坐标是扭矩,你会发现1600转(粗黄线)对应的扭矩从20N.m一直到最大318N.m,并不是发动机到了1600转,就一定是最大扭矩了,扭矩有多大,主要取决于你油门踩了多深!
发动机参数表只写了“节气门全开工况下,1600到4000转是最大扭矩”,但没有写从油门踩到底,要多久才能到达最大扭矩……..大家以为开车时大部分情况都有1600转或更高的转速,但那只是稳态匀速,曲轴扭矩和变速箱输入轴阻力矩平衡,根本没有多少扭矩的。
自然吸气虽然最大马力低,但动力响应快,下图中黄色是自然吸气引擎的扭矩特性。两台发动机同时从10%动力请求提高到100%动力请求时,自然吸气在0.2秒就可以达到当前转速最大扭矩,涡轮增压只能达到当前转速下自然进气所能达到的扭矩,直到涡轮全速运转后才能达到最大扭矩。
用车来举例的话就是,两个驾驶员同时从怠速、1档状态油门到底,1秒钟后,自然吸气已经5000转了,涡轮增压可能才3000转;等涡轮增压扭矩打出来后,转速才能迅速提高,然后功率迅速超过自然吸气。也就是说如果不用弹射起步,涡轮增压的初段动力响应是绝对比自吸慢的,所以涡轮增压并不适合市区频繁加减速工况,因为一旦松油门踩刹车,节气门关闭、进气泄压阀打开,下次加速时,进气道又没有正压了,又变成一台进气和排气不畅的自然吸气了,畅通大直路,才是涡轮增压显身手的地方。
3.从燃油经济性来说
这么说吧,目前热效率最高的THS和i-MMD系统用的都是自然吸气发动机。
一台自然吸气发动机,套个涡轮增压器上去,热效率只会降低。
大家会说同马力对比呀,丰田170马力的2.0L发动机,热效率40%;本田1.5T做为目前热效率最高的涡轮增压发动机,热效率只有38%。
而且装配涡轮增压发动机的车型,在D档时,升档是真的积极,不到1800转就升档了,转速就一直在1500左右拖着,开着很费劲。因为涡轮增压在这个扭矩、转速时,经济性比较好。一旦到了高负载,需要过量喷油以降低排气温度,经济性非常差。所以面对D档、S档、Eco档,怎么选呢?
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