主题:【原创】我也来说说涡轮增压发动机 -- 车神
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涡轮增压使用废气能量,不等于纯粹的废气能量回收。如果排气背压在有和没有涡轮增压的情况下相同,那涡轮增压就是单纯的废气能量回收,可以节能。但事实不是。我没有具体数据,只能用间接推断。在80-90年代的时候,涡轮增压曾经很流行,欧美很多公司采用涡轮增压,因为这是不提高发动机体积而获得更大功率的简单方法。90年代之后,除了几个“老顽固”,很多都退出了。用现在的例子,在Smart、Peugeot 207这一代最讲究节油的车上,除了高档的大马力车外,没有用涡轮增压的,即使像Smart、Lancia Y这样对价格不太敏感的车子。
柴油机是完全不同的问题,不用涡轮增压的柴油机几乎没有,原因正如楼下suezo兄所言,柴油机可以得益于高得多的压缩比,而汽油机不能。你所说的“压燃汽油机”离主流还有一段距离,到那时可能情况会有所不同。
而且incremental cost也只有200-500刀,为什么我们没有在欧、日最讲究节油的超小车上见到涡轮增压作为基本发动机呢?Smart、Lacia Y这样的“高档”微型车对这200-500刀完全可以承受,Fiat 500、Mini这样的niche车就更不用说了。
不对,在效果上和机械增压一样,在结构上比机械增压还要复杂。看不出有什么优越性。
扭矩上也有好处。我有个同学所在的公司就干这个,他们甚至有用在3缸机上的涡轮增压器。
久负盛名的Porsche 911 GT2,twin-turbo DOHC 24-valve flat-6,起价19万,0-60 3.5秒左右,没的说,就是牛。
如果还嫌不够,那么看看世界上最贵的跑车Bugatti Veyron,16缸,4个Turbo charger,1000马力,放眼全球无车能出其右。
其实德国那几家公司都玩Turbo,Audi的4缸Turbo前两年获得了全球最佳引擎殊荣。之后呢,这一荣誉都是被BMW的直六twin-turbo发动机拿走。奔驰的V12twin-turbo也是江湖独步的牛掰Engine,旗舰产品Maybach就装配的这种发动机。
今年美国上市的Nissan GT-R也是叫好声响成了一片。性能比Porsche,法拉力也不遑成让。还没上市就已经被预订光了。另外下一代的BMW M5也要放弃现在的10缸自然吸气引擎了,取而代之的是8缸twin-turbo。
绿灯一亮,Turbo车子可能会更敏捷的弹射出去。Torque在那里摆着呢吗,比自然吸气的引擎大不是一点半点。当然了,这种车子你得会开,红灯下你油门不能松,发动机转速要keep high,自动档是不好使的了,玩手挡才能有这种效果。
所谓“压燃汽油机”,即HCCI发动机,所提高的压缩比是受限于所使用的燃料,因为被压缩的是燃料-空气-混和气,这个和柴油机的提高空气压缩比是不同的。在HCCI发动机上,是否使用涡轮增压,反而是一个不确定的因素的。
在汽油发动机的对比试验中,发出同样的功率,涡轮增压的发动机比自然吸气的发动机省油,原因有几点:
1。从热力学上讲,废气涡轮是引入能量,而这一块的能量本来是随着废气被排除的,属于“废能”,这样提高了发动机整体能量利用效率。
2。涡轮增压提高了空气压缩比,这一点上是无论汽油机还是柴油机,都可以从提高的空气压缩比上受益。之所以现在汽油机的空气压缩比还不能提高到柴油机那么高,是因为汽油和柴油的燃料性质不同。
3。涡轮增压器虽然原理简单,但实际上对零部件要求相当高(比如叶片等),涡轮增压器还要和发动机严密匹配,否则就会降低发动机的效率甚至造成损坏。很多公司不采用涡轮增压器是没有把这个技术搞定,或者说是自己有自己的技术路线,在自己的技术路线还有相当的潜力的情况下,出于成本和其他因素的考虑,暂时还不采用涡轮增压技术(因为涡轮增压也是有自己的技术缺陷的,如启动阶段的延迟等)。毕竟,提高发动机的效率并不只有涡轮增压一条路。
4。在排放标准不断提高的今天,汽油发动机要达到更低的排放,涡轮增压技术是一个很好的选择。因为不使用涡轮增压,在同等马力下,自然吸气的发动机需要更大的体积和更高的转速,比如转速提高,摩擦力消耗的能量会更多,现在汽油发动机研发上,“Downsize”是一个重要的评判标准,就是同等排量下,要更大的功率,更少的油耗。同样,汽油发动机为了提高空气压缩比,这样可以更好的利用涡轮增压技术,也是发展了许多新技术,比如缸内直喷。
奔驰在Smart上为什么不用涡轮增压的汽油发动机呢?因为奔驰自己的汽油发动机技术在8年前还不行,新Smart上的汽油发动机是日本人的,连缸内直喷都没有用上,是进气道混合型,这样一来,使用涡轮增压的意义也不太大了。奥迪的汽油机技术比较先进,在它的几款汽油发动机上一直是采用涡轮增压技术的。
从目前的趋势看,汽油机上越来越广泛的使用涡轮增压装置是一个趋势。
就是为了同样的功率输出下降低油耗
从热力学角度来看,如果在排气管排出废气的动能加热能没有实质性的变化,那内部的“途经”变化不影响总体热效率。涡轮增压发动机的排气至少在感觉上和自然循环发动机相差不大。至于“废气涡轮是引入能量,而这一块的能量本来是随着废气被排除的,属于“废能”,”这本身是一个misnomer,因为增加了废气涡轮,已经极大地改变了排气回路的工作状态,为了驱动涡轮,排气的能量需要提高。我想这是我们之间的根本分歧。
发动机downsize也是一个misnomer,如果发动机体积缩小一半,但转速增加一倍,耗油量是一样的。事实上小发动机的转速确实比大发动机高。
奔驰的汽油发动机技术不行,这个恐怕奔驰不会同意。新Smart发动机是日本(三菱?)的,日本(尤其是三菱)涡轮增压技术可是相当普及,尤其在高性能跑车上,因为日本发动机通常较小。
至于涡轮增压的成本问题,Ferrari、Lamborghini、Acura NSX都不用涡轮增压,成本对于他们都不是问题。相反,Maserati在被Fiat购买之前,一直是用涡轮增压的,因为自己大马力自然循环发动机做不了。
宝马近来一反传统,涡轮增压多了,估计是自然循环发动机已经越做越大,M3的V8已经达到4升,继续增加已经有点荒唐了,所以只有靠涡轮增压来提高马力。奔驰也是一样,6.5或者7升的V12再加大就荒唐了,也只有用涡轮增压增加马力。Bentley是偷懒,6.75升大V8还是老技术,同样只有用涡轮增压提高马力。
“从目前的趋势看,汽油机上越来越广泛的使用涡轮增压装置是一个趋势。”
希望你是对的,而且这个趋势不是在高端跑车和豪华车上,而是在supermini上,这才是需要省油的地方。
那是柴油机,当然用涡轮增压。我们上面说的是汽油机。或许我应该明确说明一下。
无论汽油机柴油机,上涡轮中冷增压后,压缩比都会低于对应非增压发动机,但经济负载下上止点气缸压力会高于非增压发动机,油耗反而会比非增压发动机低。高负载情况下,涡轮中冷增压的表现会更好,油耗明显低于同等型号非增压发动机。但在低负载条件,涡轮中冷增压的优势没有发挥,反而出现了额外的泵气损失,且缩比会低于对应非增压发动机,油耗肯定很难看。另外,涡轮中冷装置还增加了车体重量,对于强调节油的小车而言,增加的重量不可忽略。
简而言之,装涡轮中冷增压的轿车在实际使用中是否节油与其行车曲线关系很大,如果高负载拉高速,可能效果明显,而低负载市内行车,涡轮中冷增压不一定是最佳选择。
先送一朵花。
节油效果的确是和负载相关联的。我说的同等马力条件下,其实本意是指汽车的最大马力数,比如咱们平时说某车是200马力,这个指的也是最大出力。
不过对于发动机而言,带涡轮中冷增压发动机在低负载时不会使用涡轮增压装置,意思就是,在发动机转速低于某个数值的时候,涡轮增压功能是不打开。所以在油耗测试中,涡轮中冷增压发动机还是占有优势的,因为测试循环中不只是低负载情况。需要考虑到的一个因素是现在发动机的智能化趋势,这样减小了涡轮增压的劣势,发挥了优势。所以就算是强调节油的小车,废气涡轮增压装置也变得越来越重要,因为节油和减少排放带来的好处大大高于所付出的一些重量代价。
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涡轮增压发动机的排气至少在“感觉”上和自然循环发动机相差不大。
其实压缩比8的发动机和压缩比12的发动机的排气在“感觉“上相差也不大。事实上,对于理想热机而已,两者应该是相同的,但这个热效率就差很多了。想想PV图中曲线围成的面积,内燃机内部的“途经”变化对总体热效率是决定性的。
超高增压柴油机是一种高增压比、低压缩比、采用旁通补燃系统的非常规的涡轮增压柴油机,其压比可高至4~9,而压缩比可低为6~10。超高增压柴油机的基本特征是涡轮增压器与柴油机并联连接,旁通补燃系统亦并联其中。从压气机出来的空气并不全部进入柴油机,其中一部分通过旁通和补燃形成燃气进入涡轮,这样就使涡轮增压器不受柴油机工况影响而保持在高效率区工作,增压压力可大大高于常规涡轮增压器。由于涡轮增压器可独立于柴油机工作,所以不仅能解决常规涡轮增压柴油机增压压力超过0.35MPa时低压缩比起动问题,而且也能改善其扭矩性能和加速性问题。作为柴油机和燃气轮特殊组合的超高增压发动机的优点是:大幅度提高功率,在不增加常规涡轮增压柴油机热负荷和机械负荷条件下,功率可提高2~5倍,因而有高的平均有效压力;良好的扭矩特性和加速性,520V8S3的扭矩储备系数为1.19,V8X1500的加速时间(从惰转到全功率)为5s;降低排气污染,减少CO排放,降低烟度。其缺点是:惰转时燃油消耗率高;结构复杂,不便于维修;寿命周期成本高。
1。
的确是这样,可是在发动机转速达到某个值之前,涡轮系统是不启动的,在我回autoeagle河友的一个帖子里做了说明。
这样就避开来对废气涡轮增压系统不利的工况,在较高负载的工况下,总体上来说,废气涡轮装置带来的能量上的好处是明显的。
2。
在“Downsize”技术中,并不是在减小排量的同时增加转速,所以对这一技术而言,增压装置显得是必须了。而且,发动机转速提高,摩擦消耗的能量上升非常之快,所以就算是发动机体积减小一半,转速增加一倍,耗油量也是不同的
3。奔驰的汽油发动机技术在2000年的时候算不得一流,是因为在那之前欧洲厂商更重视柴油机技术,对汽油机相对有点忽视了,所以在2000年左右,日本的汽油机技术占到了技术制高点。所以在研发新Smart的时候,奔驰在汽油发动机款上次采用了日本发动机。不过在那之后,欧洲厂商在汽油机技术上奋起直追,现在又重回老大位置了,奔驰去年推出的Diesotto发动机就是 这一系列技术努力的结晶之一。至于日系普通民用车上较少使用涡轮增压技术,我前面说过,达到省油并不是只有涡轮增压一条技术途径,日本车上使用VVT技术很普遍,这也是途径之一。各个厂家都有自己的技术路线,一般不会轻易改变,除非这条路线已经不满足新的标准或者没有潜力可挖了。
4。
呵呵,这个我也不知道原因,不过貌似法拉利F430上也有涡轮增压吧(不确定,只有有个印象而已),开个玩笑说说了,这几家也不一定就能把涡轮增压系统搞定呢,呵呵,涡轮增压系统和发动机的匹配也不是那么简单的呢。在F1赛车上后来禁止使用增压装置,说不定就是法拉利他们搞不定而采取的一个策略呢(只是笑话,仅供参考)。
5。面对越来越严格的排放法规,发动机上需要使用越来越多的技术措施,所以在汽油机上使用涡轮增压装置是个大的趋势,这一点,从宝马也更多采用涡轮增压装置可以看出一点苗头来。动力更强劲,油耗排放更低,是所有发动机设计人员所追求的目标呢。