江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？

内容概述：燃油动力汽车内燃式热机运行原理 ， T/NA两种进气方式的概念 ， 增氧增扭与功率的关系 ， 内燃机与电机的未来 。
在汽车领域有这样一个话题喋喋不休的争论了太久：选择汽车应该选自然吸气还是涡轮增压？如果在十年前相信大部分汽车爱好者会给出自然吸气的答案 ， 因为当时的增压技术尚不够稳定 ， 增压器的使用寿命与稳定性还不是那么的理想 。 然而十余年过去后已经今非昔比了 ， 下面通过学习内燃机的运行原理来解析为什么NA很有可能被全面淘汰 。
（说明：商用车型中的中重卡与巴士99.99%都用涡轮增压技术的柴油发动机 ， 可靠性无需质疑）
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

自然吸气&基础知识
NA_normallyaspirated ， 释义为自然吸气技术 。 在提到这种发动机时很多人都会有「L」标注 ， 比如1.5L/2.0L ， 但是这种标准方法是错误的：litre·L代表英制单位的升 ， 数字加L的组合指的是发动机的排量 ， 所以以后应该将自然吸气发动机称之为“1.5/2.0L-NA” 。 那么到底什么叫做自然吸气呢？参考下图组 。
图1、内燃机内部结构动态概念
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

图2、NA机型的进气概念（第一步为吸气）
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

知识点1：燃油动力汽车装备的发动机为「往复循环式·内燃式热机」 ， 往复指的内燃机活塞在气缸内上下运转 ， 同时通过连杆带动发动机曲轴转动并输出转矩（动力） 。 内燃的概念指燃烧做功在机体气缸的内部（顶端·燃烧室）完成 ， 燃烧的过程中会产生内能 ， 这种能量会转化为动能与驱动活塞运转 ， 这是内燃机的运行原理 。
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

知识点2：自然吸气正是通过内燃机活塞下行时产生的负压吸气 ， 通过进气管路从车头位置吸入空气 。 这就像小时候玩过的针筒一样 ， 往后拉就能吸入空气或者水 。 那么这种进气方式有什么优缺点呢？第一节只讲优点 ， 那就是进气的原理非常简单则机体结构也非常简单 ， 理论上机器的故障率与制造成本都会很低 。
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

涡轮增压&燃烧概念
T_turbo指废气涡轮增压系统 ， 这是目前普及率最高的主流增压技术 。 第一节讲述了内燃机的运行原理 ， 但是还有一个重要知识需要讲解：什么是燃烧 。
「燃烧」为什么会产生热能（扭矩）？原因在于燃烧并不是一种是结果 ， 而是导出结果的过程！
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

燃烧指燃油中碳氢化合物与氧气的氧化还原反应 ， 在反应过程中将会是分子无规则的剧烈运动；可理解为通过分子运动与活塞气缸的结构导向特点 ， 实现定向作用力推动活塞曲轴往复运转 ， 通过分子碰撞摩擦产生热能（高温） 。 也就是说燃烧的过程才是转化动能的方式——燃烧需要什么？1（下图为燃烧分子运动的概念）
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

①*【燃烧需要氧气】
「氧化还原反应」是一种化学反应的概念 ， 内燃机是化学发动机 。 燃油本身不会产生能量 ， 比如在油箱内部就会很稳定；真的反应是需要氧气催化 ， 关键点为等量的燃油面对越多的氧气 ， 在固定时间内反应过程中的强度（兴奋程度）就会越夸张 。 说白了就是送到燃烧室的空气中的氧浓度越高 ， 燃烧转化的【扭矩】就会越大！扭矩有什么用？2
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

②*【扭矩×转速÷9549×1.36＝马力】
众所周知发动机的马力越大 ， 汽车的加速能力就会越强 ， 而且车速也会越高 。 所以大马力是很重要的“汽车素质” ， 但是实现大马力的最佳方式一定是「大扭矩×低转速」 ， 因为发动机的转速越好耗油量或耗电量就会越大（费油） 。 普通代步汽车的转速往往都会限制在≤7000rpm的转速区间内 ， 也就是说转速范围是相当的 ， 那么哪种类型的扭矩大 ， 而且能持续输出大扭矩就能实现“大扭低转·节油模式” ， 请看第三节 。
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

如果增扭？
NA机型_玩排量
Turbo动力_玩氧气
NA发动机提升扭矩的方式非常原始 ， 是利用转速的提升同步提高运行负压吸力 ， 以吸入更多空气实现喷射更多燃油——理论空气燃料比为14.7:1 ， 所以进气量越大喷油就会越多 ， 燃烧更多燃油自然能产生更大的扭矩 。
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

但是这种方式真的是很差了 ， 因为扭矩的提升完全大量消耗燃油；而且扭矩只能跟着转速的增长而同步增长 ， 这就决定了中低转速进气量小的范围内输出马力会很低 。 普通的2.0L-NA发动机只有100kw/200N·m的平均水平 ， 最大扭矩往往要在4000/4500rpm区间才能爆发；这种机器相比涡轮增压机型有多大差距呢？
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

第二节说明了燃烧的概念：等量燃油面对更多氧气 ， 其反应状态强烈就能转化出更大的扭矩 。 【涡轮增压器】说白了就是台空气压缩机 ， 其功能是通过每分钟数万甚至十余万转的高速旋转涡轮 ， 对吸入进气道内部的空气进行体积的压缩！空气被压缩的是分子之间的间隙 ， 分子的数量并没有减少 ， 于是压缩变小后的等量体积空气中 ， 含有的各类分子（主要为氧分子）浓度就会增大！
下图1：压缩前后氧分子数量的增长概念
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

图2：氧浓度与燃烧火焰温度（热能）的关系
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

图3：富氧燃烧与正常浓度氧气燃烧火焰的状态差异
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

三种图片充分解释了什么叫做「涡轮增压·发动机」 ， 以及【增压·增氧·增扭】的概念！扭矩的增长就能带来马力的增长 ， 而且扭矩能够在很大的发动机转速范围内维持峰值输出；原因为涡轮的惯性质量是固定的 ， 依靠内燃机运行中产生的排气驱动其运转 ， 只要转速针对的排气压力达到标准就能涡轮达到最大转速（最大压缩空气能力）——直到因转速过高造成进排气受到影响扭矩才会开始下滑 ， 普通涡轮增压发动机普遍能在1500~4000转之间维持最大扭矩 。
【还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？】还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

标准：优秀的涡轮增压发动机扭矩标准
1.5T-缸内直喷发动机平均为270N·m（1500~4000rpm） ， 超越主流2.5L-NA 。
2.0T-缸内直喷发动机平均为370N·m（1500~3500rpm） ， 超越主流3.0NA-V6 。
有这么两台发动机作为参考也就足够了吧 ， 那么通过增氧增扭的涡轮增压发动机 ， 在燃烧火焰温度如此之高的前提下 ， 其质量能够稳定吗？其实完全不用担心 ， 因为今天的材料学技术与润滑油机油 ， 可以做到让增压器的使用寿命与总成基本相当（增压器需要机油或机油＋防冻冷却液辅助润滑散热） 。
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

目前主流的华系、美系、欧系三大车系汽车都以这种内燃机为主 ， 巨大的保有量也足以说明这种机器的稳定性了吧 。 所以选择燃油动力汽车应当以涡轮增压为首选项 ， 因为只有这种机器能做到【低油耗·高性能】相对兼备！不过未来汽车最终还是会以电机为主 ， 这种发动机的能量转化效率可高达95%左右 ， 是内燃机热效率平均值的三倍左右哦！
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

总结&预测
2020/2025年内 ， 纯燃油动力汽车的新车选项将会越来越少 ， 因为十余一线车企都已经公布了在这一范围内的燃油车停产计划 。 取而代之的将会是「PHEV&REEV」插电混动或增程汽车 ， 其中主攻快销车（相对低价汽车）的会是增程REEV；原理是利用内燃机以种地转速恒定运行发电 ， 车辆以消耗电能为基础用电机驱动 ， 这种模式会非常节油哦 。
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

原理应该很好理解了 ， 首先电机的转化率是内燃机的数倍 ， 这就等于内燃机浪费了部分能量可通过高效电机给补偿回来 。 其次内燃机恒定转速运行肯定会节油 ， 概念可理解为定速巡航驾驶时的油耗 ， 总会比转速大范围波动的城市道路油耗低——增程系统稳定了内燃机的低转标准 ， 这一标准的发电量可满足高效电机的消耗 ， 这就是节油的原理 。
还在纠结汽车选择「T」还是自然吸气吗？
文章图片

所以未来的汽车电动化过渡期内会以两类混动为主（PHEV主攻性能车） ， 最终都会成为纯电驱动 。


    推荐阅读


    上一篇：|比尔·盖茨：没想到我们会表现这么差

    下一篇：外交部|中方反制！外交部宣布制裁11名美方人士