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誤解?最大扭矩輸出和渦輪遲滯

2018-06-25 15:28
FutureCar
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最大扭矩輸出和渦輪遲滯現(xiàn)象,有很多人可能會(huì)混淆渦輪遲滯現(xiàn)象就是因?yàn)闆]有到最大的扭矩輸出點(diǎn),其實(shí)簡(jiǎn)單來說,渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在廠商聲稱的轉(zhuǎn)速范圍(比如2000-5000rpm)輸出最大扭矩,和這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在這個(gè)轉(zhuǎn)速下沒有渦輪遲滯這件事,是沒有任何(直接)關(guān)系的。

那是廠商欺騙消費(fèi)者啦,其實(shí)并沒有廠商其實(shí)只說了一半的概念,廠商測(cè)試最大的扭矩輸出點(diǎn)比如是2000RPM開始,但是并沒有說需要多長(zhǎng)時(shí)間才可以輸出,這個(gè)就是渦輪遲滯現(xiàn)象,從你勻速行駛,踩著10%的油門的狀態(tài)到你踩下全油門加速,等0.1秒就給你輸出最大扭矩是輸出了最大扭矩,讓你等2秒之后再給你最大扭矩,也是輸出了最大扭矩。

下面我們來用圖舉例來說明:

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上圖模擬的是一臺(tái)2.0升自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出扭矩圖。如果你掛著最高檔在100公里巡航,比如轉(zhuǎn)速在2000rpm,此時(shí)你需要加速。假設(shè)檔位不變,那么作為自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力可以在0.1秒左右就從A點(diǎn)上升到B點(diǎn)。

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相反,如果是一臺(tái)1.4T小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī),你的發(fā)動(dòng)機(jī)在你踩下全油門的瞬間只能輸出130-140NM左右(C點(diǎn),1.4自吸發(fā)動(dòng)機(jī)等價(jià)最大動(dòng)力)的動(dòng)力輸出,剩下就要等排氣把渦輪的轉(zhuǎn)速提升之后才能有足夠的額外進(jìn)氣,也就是說,你現(xiàn)在的A點(diǎn)到B點(diǎn)不是0.1秒了,是A點(diǎn)到C點(diǎn)的0.1秒加上C點(diǎn)到B點(diǎn)的若干秒。

但是這和廠商宣稱的,2000rpm開始輸出最大扭矩并不沖突,只不過因?yàn)闇u輪遲滯的存在,你不能馬上感受到(那個(gè)聲稱的轉(zhuǎn)速下的最大扭矩)而已。

而進(jìn)一步的事實(shí)是,(一般情況下(非quasistatic))你也永遠(yuǎn)感受不到這個(gè)轉(zhuǎn)速下(比如2000rpm)的最大扭矩,因?yàn)閷?shí)際過程是,即使不降檔,從你踩下油門的瞬間開始,因?yàn)槟爿敵隽藙?dòng)力,所以車輛是在加速的,也就是說發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也是在上升的,所以實(shí)際過程中你的動(dòng)力輸出是這樣的(見下圖),不是從A到B而是從A到D,當(dāng)你感受到最大扭矩的時(shí)候,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)到D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速了。(注:而由于自然吸氣的動(dòng)力響應(yīng)足夠快,你感受到的(基本上)確實(shí)是從A到B再把車加速到D)

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除了你感受不到(在這個(gè)轉(zhuǎn)速下的)最大扭矩,你還感受不到(純粹在這個(gè)轉(zhuǎn)速下的)渦輪遲滯。因?yàn)樵趯?shí)際過程中,隨著轉(zhuǎn)速的上升,你(這個(gè)過程)綜合實(shí)際感受到的遲滯是從E到D的遲滯和從A到B的遲滯的中間值。又因?yàn)檗D(zhuǎn)速越高,渦輪遲滯越。ㄒ?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)是volumetric cyclic machine而渦輪機(jī)是flow machine),就會(huì)給你產(chǎn)生低轉(zhuǎn)速(即使是廠商宣稱的可以輸出最大扭矩的起始轉(zhuǎn)速)沒有動(dòng)力還有渦輪遲滯,而轉(zhuǎn)速一高動(dòng)力就變得充沛而且渦輪遲滯也小了的真實(shí)而又虛假的現(xiàn)象。其實(shí)動(dòng)力是在任何(宣稱可以輸出最大扭矩的)轉(zhuǎn)速都有的,只不過由于低轉(zhuǎn)速渦輪遲滯比較大,所以釋放不出來而已。

換一個(gè)說法,那就是扭矩平原和渦輪遲滯,是兩個(gè)一起發(fā)生的現(xiàn)象有相關(guān)但是沒有因果關(guān)系。不能因?yàn)橛信ぞ仄皆,就認(rèn)為沒有渦輪遲滯,不管這個(gè)扭矩平原有多寬廣。

問題到這里貌似回答完了,但是其實(shí)還沒有。

因?yàn)樯厦嬷徽f了,有扭矩平原(這個(gè)靜態(tài)現(xiàn)象)和不會(huì)有渦輪遲滯(這個(gè)動(dòng)態(tài)現(xiàn)象)并沒有什么直接關(guān)系。但是他們有間接關(guān)系?

首先如果你想用一個(gè)1.4t的發(fā)動(dòng)機(jī)替代2.0的稀然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī),假設(shè)你會(huì)把小型化的全部紅利都用于效率的提升。那么對(duì)于最大扭矩在200NM左右的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī),如果你選擇一個(gè)小一些的渦輪,它會(huì)讓你的扭矩圖看起來是這樣。

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如果你選擇一個(gè)大一些的渦輪,那么他的扭矩圖看起來會(huì)是這樣。(假設(shè)為了輸出相同的最大扭矩和馬力)

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如果是一個(gè)大渦輪,可以看到,同樣的最大扭矩輸出的起始轉(zhuǎn)速就要高一些(3000rpmVs2000rpm),不利于日常駕駛,但是其理論上可以達(dá)到的最大扭矩還有最大馬力都要高很多。上圖是讓一個(gè)大渦輪輸出和小渦輪一樣的最大扭矩和功率(通過泄壓閥控制),但是如果再釋放一下他的潛力呢?扭矩圖就看起來會(huì)是這樣。

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顯然,扭矩T和功率P都可以輕易大很多。所以,人們經(jīng)常討論的所謂的小渦輪大渦輪的影響,在具體到發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩圖上的表現(xiàn)就是這個(gè)樣子了。對(duì)于同樣的馬力和扭矩的要求(當(dāng)然也必須是對(duì)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行增壓),顯然小渦輪會(huì)提供更廣的扭矩平臺(tái),但是在高轉(zhuǎn)速區(qū)間的效率會(huì)低一些(這個(gè)低主要是pumping losses的增加,燃燒的效率必須是妥妥的(基本上)不影響),大渦輪扭矩平臺(tái)小,但是高轉(zhuǎn)速效率高(同理還是pumping部分效率高),而且進(jìn)一步提供更高動(dòng)力的潛力更大。(詳見奔馳A45 AMG為什么可以把2.0T的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)校地那么強(qiáng)勁?)

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當(dāng)然,除了扭矩平臺(tái)和效率的區(qū)別,還有一點(diǎn)很重要的,就是小渦輪小啊,也就是輕,渦輪遲滯就小。如果定性地用畫圖來描述,就是上圖的樣子。顯然,同樣在3000轉(zhuǎn)下面加速,橘黃色的X到Y(jié)點(diǎn)的響應(yīng)要比紅色的快。(橘黃色和紅色的X與Y其實(shí)在一點(diǎn),為了展示分開寫)

所以可以看出,渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)有寬廣的扭矩平臺(tái),和有沒有渦輪遲滯并沒有直接的關(guān)系,但是他們有間接的關(guān)系。我們可以說,在其他條件都相同的情況下,扭矩平臺(tái)廣的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪遲滯會(huì)相對(duì)來說小。但是這個(gè)小,不是說沒有。

所以說,到了開始輸出的增壓點(diǎn)和渦輪遲滯這兩者并沒有直接的聯(lián)系,這兩者的關(guān)系就是我們?cè)谙旅嫠硎龅哪菢佑虚g接的聯(lián)系。

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