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误解?最大扭矩输出和涡轮迟滞

导读: 最大扭矩输出和涡轮迟滞现象,有很多人可能会混淆涡轮迟滞现象就是因为没有到最大的扭矩输出点,其实简单来说,涡轮增压发动机在厂商声称的转速范围(比如2000-5000rpm)输出最大扭矩,和这台发动机在这个转速下没有涡轮迟滞这件事,是没有任何(直接)关系的。

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最大扭矩输出和涡轮迟滞现象,有很多人可能会混淆涡轮迟滞现象就是因为没有到最大的扭矩输出点,其实简单来说,涡轮增压发动机在厂商声称的转速范围(比如2000-5000rpm)输出最大扭矩,和这台发动机在这个转速下没有涡轮迟滞这件事,是没有任何(直接)关系的。

那是厂商欺骗消费者啦,其实并没有厂商其实只说了一半的概念,厂商测试最大的扭矩输出点比如是2000RPM开始,但是并没有说需要多长时间才可以输出,这个就是涡轮迟滞现象,从你匀速行驶,踩着10%的油门的状态到你踩下全油门加速,等0.1秒就给你输出最大扭矩是输出了最大扭矩,让你等2秒之后再给你最大扭矩,也是输出了最大扭矩。

下面我们来用图举例来说明:

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上图模拟的是一台2.0升自然吸气发动机的动力输出扭矩图。如果你挂着最高档在100公里巡航,比如转速在2000rpm,此时你需要加速。假设档位不变,那么作为自然吸气发动机动力可以在0.1秒左右就从A点上升到B点。

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相反,如果是一台1.4T小排量涡轮增压发动机,你的发动机在你踩下全油门的瞬间只能输出130-140NM左右(C点,1.4自吸发动机等价最大动力)的动力输出,剩下就要等排气把涡轮的转速提升之后才能有足够的额外进气,也就是说,你现在的A点到B点不是0.1秒了,是A点到C点的0.1秒加上C点到B点的若干秒。

但是这和厂商宣称的,2000rpm开始输出最大扭矩并不冲突,只不过因为涡轮迟滞的存在,你不能马上感受到(那个声称的转速下的最大扭矩)而已。

而进一步的事实是,(一般情况下(非quasistatic))你也永远感受不到这个转速下(比如2000rpm)的最大扭矩,因为实际过程是,即使不降档,从你踩下油门的瞬间开始,因为你输出了动力,所以车辆是在加速的,也就是说发动机转速也是在上升的,所以实际过程中你的动力输出是这样的(见下图),不是从A到B而是从A到D,当你感受到最大扭矩的时候,发动机转速已经到D点对应的转速了。(注:而由于自然吸气的动力响应足够快,你感受到的(基本上)确实是从A到B再把车加速到D)

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除了你感受不到(在这个转速下的)最大扭矩,你还感受不到(纯粹在这个转速下的)涡轮迟滞。因为在实际过程中,随着转速的上升,你(这个过程)综合实际感受到的迟滞是从E到D的迟滞和从A到B的迟滞的中间值。又因为转速越高,涡轮迟滞越小(因为发动机是volumetric cyclic machine而涡轮机是flow machine),就会给你产生低转速(即使是厂商宣称的可以输出最大扭矩的起始转速)没有动力还有涡轮迟滞,而转速一高动力就变得充沛而且涡轮迟滞也小了的真实而又虚假的现象。其实动力是在任何(宣称可以输出最大扭矩的)转速都有的,只不过由于低转速涡轮迟滞比较大,所以释放不出来而已。

换一个说法,那就是扭矩平原和涡轮迟滞,是两个一起发生的现象有相关但是没有因果关系。不能因为有扭矩平原,就认为没有涡轮迟滞,不管这个扭矩平原有多宽广。

问题到这里貌似回答完了,但是其实还没有。

因为上面只说了,有扭矩平原(这个静态现象)和不会有涡轮迟滞(这个动态现象)并没有什么直接关系。但是他们有间接关系?

首先如果你想用一个1.4t的发动机替代2.0的稀然吸气发动机,假设你会把小型化的全部红利都用于效率的提升。那么对于最大扭矩在200NM左右的自然吸气发动机,如果你选择一个小一些的涡轮,它会让你的扭矩图看起来是这样。

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如果你选择一个大一些的涡轮,那么他的扭矩图看起来会是这样。(假设为了输出相同的最大扭矩和马力)

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如果是一个大涡轮,可以看到,同样的最大扭矩输出的起始转速就要高一些(3000rpmVs2000rpm),不利于日常驾驶,但是其理论上可以达到的最大扭矩还有最大马力都要高很多。上图是让一个大涡轮输出和小涡轮一样的最大扭矩和功率(通过泄压阀控制),但是如果再释放一下他的潜力呢?扭矩图就看起来会是这样。

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显然,扭矩T和功率P都可以轻易大很多。所以,人们经常讨论的所谓的小涡轮大涡轮的影响,在具体到发动机扭矩图上的表现就是这个样子了。对于同样的马力和扭矩的要求(当然也必须是对同一台发动机进行增压),显然小涡轮会提供更广的扭矩平台,但是在高转速区间的效率会低一些(这个低主要是pumping losses的增加,燃烧的效率必须是妥妥的(基本上)不影响),大涡轮扭矩平台小,但是高转速效率高(同理还是pumping部分效率高),而且进一步提供更高动力的潜力更大。(详见奔驰A45 AMG为什么可以把2.0T的发动机调校地那么强劲?)

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当然,除了扭矩平台和效率的区别,还有一点很重要的,就是小涡轮小啊,也就是轻,涡轮迟滞就小。如果定性地用画图来描述,就是上图的样子。显然,同样在3000转下面加速,橘黄色的X到Y点的响应要比红色的快。(橘黄色和红色的X与Y其实在一点,为了展示分开写)

所以可以看出,涡轮增压发动机有宽广的扭矩平台,和有没有涡轮迟滞并没有直接的关系,但是他们有间接的关系。我们可以说,在其他条件都相同的情况下,扭矩平台广的发动机涡轮迟滞会相对来说小。但是这个小,不是说没有。

所以说,到了开始输出的增压点和涡轮迟滞这两者并没有直接的联系,这两者的关系就是我们在下面所表述的那样有间接的联系。

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