来自 科技 2020-06-22 17:30 的文章

涡轮增压发动机「越用越费油」,这种说法可信

涡轮增压发动机为什么会比NA机型性能强油耗低?此问题找到答案就可以打破一切伪科学定论。很多人认为「T发动机」随着用车时间的积累油耗与性能表现会越来越差,这点是不能否认的事实;然而NA自然吸气发动机也是不例外,因为任何内燃机在长期使用后都会产生大量积碳,这种异物会造成燃烧不充分。那么撇开积碳的影响后,T机型的优势还会衰减吗?

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进气方式决定领先优势

涡轮增压技术只是内燃式发动机的一种进气方式,增压器的本质是一台“空气压缩机”。其动力源来自内燃机正常运行时必然会产生的排气,也就是在排气管尾喉可以感受到的尾气。在排气歧管位置引出一条管路,将高压力的排气引至涡轮增压器的涡轮位置;于是高压气流就会推动涡轮高速转动,而涡轮又会带动叶轮高速运转,结构参考下图。


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叶轮布局在进气系统中,在高速旋转的状态下可以将空气的体积压缩。

常压空气氧浓度为20.95%!压缩空气会有多高?

答案是不确定的,因为不同的增压器会有不同的转速,压缩空气的程度会有较大的差异。不过这些都不重要,重点的是为什么要「压缩空气」呢?或者说压缩后的空气会有什么不同,这是解释这一问题的核心。

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氧浓度&运动强度

假设常压空气中1m³含有氧分子“2095个”,氧气是燃油的助燃气体。燃烧的本质是氧化还原反应(化学反应),在燃油量以及空气中氧分子数量均固定的前提下,燃油反应的速度自然也是固定的。反应的本质是各类分子以不规则的秩序运动,在产生推动力的过程汇中同步因摩擦产生热能——热能可以转化为温度概念进行量化,那么燃烧时的火焰温度越高是不是等于运动强度的越大呢?如果认可的话那这就等于发动机的扭矩越大,因为热能最终要推动活塞曲轴运转转化为扭矩。(参考下图)

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在燃油量固定的前提下,似乎空气中的氧分子数量越多燃烧产生的温度就会越高。原因在于氧气是催化反应的气体,在固定的时间内催化气体的浓度越大,反应的速度当然也就会越快,这是什么概念呢?——固定量燃油在固定时间内通过“2095个”氧分子浓度反应效率低,结果只能转化为200N·m的最大扭矩;但如果氧分子数量达到“4000+”,在相同的时间内催化气体的浓度提升等于增加了反应效率,结果则可以用同样的燃油反应出400N·m的最大扭矩。

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说白了氧浓度的提升是改变了分子运动的状态,是让分子吸入更多氧气变得兴奋,在相同的时间内“撞击”出更大的动能——涡轮增压器/空气压缩机,其功能是让氧浓度变大。因为在常压下1m³空气中含有“2095个氧分子”,但如果把1.5m³的空气给压缩成1.0m³的大小(体积),压缩的只是分子之间的间隙(空间),分子的数量并没有变化。结果则是压缩后的1m³空气中含有“3142.5个氧分子”,这不就等于增加了催化气体的浓度,实现“激活分子潜能”提升“撞击力”(扭矩)的目的了嘛。

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综上所述:这种增压提高氧浓度的燃烧方式叫做「富氧燃烧」,等量的燃油与富氧状态燃烧总能够产生更大的热能,也就是扭矩始终会有很大的优势。马力的计算公式为【(扭矩×转速÷9549)×1.36=PS】,公式说明了在转速不变的前提下扭矩越大马力越大,同时说明了在马力需求相同的前提下,扭矩越大转速就能越低——低转速等于低油耗。那么在涡轮增压器始终可以正常运转的前提下,涡轮增压发动机有什么理由会出现性能越来越差或油耗越来越高呢?这是没有任何道理的说法,只是NA阵营自我安慰的伪科学的“泼脏水”而已。

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编辑:天和Auto-汽车科学岛

责编:天和MCN

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