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超详细!来说说高转速发动机

09-30 11882 陈靖航  

现在是涡轮时代,几乎所有车都装了涡轮,车子的转速也越来越低。但大家也知道,在涡轮大潮来临之前,高性能车的象征之一,就是转速奇高的发动机,那些动辄8-9000转,甚至上万转的自吸神机,在多少人心中留下了难忘印象,但是,这些高转速机器,到底有啥优缺点呢?


怎么评价一台发动机?



评价发动机的动力有两个指标,一个是扭矩,一个是马力,设想一台单缸发动机,扭矩直观地理解就是发动机单次做功能爆发的力,马力是发动机在单位时间内能做功的次数(转速)。

但扭矩这东西,90%以上取决于排量,美国人那么沉迷大排量车的原因,是排量够大,中高低转速下扭矩都充沛,啥时候一脚油门就有扭矩,不考虑油耗的话,大排量是最彻底的发动机动力解决方案。



而高转发动机这东西,最早是场地赛用的。在高转机流行的那段时间,它们参加的比赛多数都有很严格的发动机限制,不让加涡轮,排量不许太大,所以厂家们就只能往高转速走,靠拉高转速来压榨马力,这是在没办法之下的办法。


所以,高转速发动机到底有啥缺点呢?



1、控制难:转速范围太广阔,假定高转发动机的转速是从0-10000rpm,为一般街车0-6000rpm的近两倍,通常发力区间在整体转速区域内的占比就很小了,车手需要精确控制转速,对变速箱、车手要求很高,日常驾驶非常不方便。


2、散热难,那么高转速,散热难度有多大可想而知。


3、磨损大:高转速下,机械部件之间的高速摩擦,即使有机油和高强度轴承的润滑保证,高转速发动机的磨损依然是远大于低转速机型的。


4、缸体平衡难:5000rpm时的引擎平衡和15000rpm时的完全是两个世界。量产发动机在微观尺度上,各气缸之间可能存在轻微的不平行,甚至与曲轴也不是精确垂直的,转速低的时候可能没什么,高转速就完全不一样了。



5、低转乏力和缸盖设计:两个放在一起讲,因为缸盖很大程度上决定了充气效率,很难高低两头兼顾。此外高转下的气门、气门孔、凸轮轴又要做精密测量和加工,气门弹簧要强化,难度大着呢。


6、燃烧不充分:高转发动机一般采取大缸径+短行程设计,但缸径是越大越好吗?火焰的传播需要时间,如果缸径过大,火焰可能就来不及传播,当转速过万,这就是很现实很严重的问题了,哪怕精密设计燃烧室,或者用上各种黑科技,也不能根本性解决。此外更大的缸径带来更大的热损,也是减损效率的事。


7、进气道设计难:高转油门响应和低速进气效率不可兼得,使用歧管设计的情况下,因为谐振和共鸣,低速充气效率有时能过100%,但高转最好用单缸直吸,低速就完全被放弃了。


8、有限的使用场景:适合连贯、高速的驾驶环境,拉力赛、城市驾驶、低速比赛等等完全不适用。



10、成本高:你看,几乎所有的部件都要重新加工一遍,这个成本···所以为啥现阶段,高转速发动机基本都集中在豪华品牌上。


说完了缺点,来看看优点:


1、体积和重量:我觉得这是最大的优点,尤其是对F1这样极端追求减重和降重心的赛事来说



2、科技感强:那可不是嘛,砸了那么多钱


3、音效好:楼上提到的高转天籁。不过这个涉及到美学就见仁见智了,也有人喜欢听大排轰隆响的(比如教授本人)


4、技术储备:高转发动机储备了很多技术,在不久之后都极大提升了普通发动机的性能,这倒是真的。FIA现在严控F1的排量,也有倒逼小排量技术,将来反哺民用的意思。


5、寿命问题,很多人说本田F20C的寿命很长,其实不是因为高转寿命长,是因为设计和平衡精良,硬件超过了工况。而一般的发动机,又不是企业招牌,厂商不会下那么大功夫。F1是基本接近硬件等于工况的,一台发动机,寿命是半个赛季,那就照着半个赛季的工况去设计硬件,多了就是浪费。



高转发动机技术含量很高,但其实是事倍功半,你看,我花了那么多心思,那么多金钱,终于打造出了一台金灿灿亮闪闪的神级NA高转,它以区区2.0的排量,有着220nm的扭矩,在转速12000rpm时能爆发出300匹的动力! 真是太自豪了。


然而,用低得多的成本造出一台2.0T,可以在上述所有性能上全面完虐高转NA,而且维修保养成本还低得多,为啥现在全世界(包括赛车)都涡轮化,道理就是这样。


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