|
|
马上注册，结交更多好友，享用更多功能，让你轻松玩转社区。
您需要 登录 才可以下载或查看，没有账号？注册
x
【转】 谈柴油发动机对SUV的重要意义
关注Q7已经是很多年的事了。从看见他的那刻起，就为他豪华大气的外表所吸引。但是经济能力有限，4.2这个排量对我来说只是渴望而不可及，3.6对于2吨重的车身显然有些力不从心。在加上20左右的油耗，只能在心中默默地欣赏了。终于好消息传来Q7要出柴油版，这对于我简直是个惊喜。赶紧在各大汽车论坛开始恶补关于柴油车的一切知识。其中途锐大众铁托老兄关于途锐TDI的帖子是我看的最详细的。他对柴油车的见解可谓精辟独到。评价一部发动机，通常都关注下面几个方面的表现：最大功率值，最大扭矩值，运转平顺性，燃油经济性，噪音，可靠性，重量，排放标准。这些环节既相互依存又相互制约，先从最容易理解的扭矩入手。
汽车要移动，必须要受到牵引力的推动，这个牵引力就来自于发动机。发动机曲轴输出端的扭矩，通过变速箱(这里和变速器发生了联系，相关问题后面再讲，现在集中讨论发动机)及其它传动部件最后传递到车轮，扭转车轮带动汽车移动。曲轴的扭矩又来自于活塞做功冲程中通过连杆传递给它的扭矩，而活塞所受到的推动力又来自于燃料燃烧时体积急剧膨胀而产生的强大压力。
很显然牵引力总是越大越好的，换个说法就是扭矩值越大越好。而在这一环节上，柴油引擎比汽油引擎具有先天优势。
常理都知道，柴油用火柴去点也不容易被点燃，而汽油给个火星它就燎原。其物理化学意义就在于相比汽油，柴油需要吸收更多的热量才能被点燃。
通常的四冲程汽油发动机工作时，在吸气阶段是按一定的空燃比将空气和汽油混和物一起吸入气缸，压缩冲程充分压缩混合和升温后由火花塞放电将油气混和物点燃，汽油燃烧体积急剧膨胀，导致缸内温度压力大幅提高从而推动活塞做功。
理论上柴油发动机也可以像汽油机一样靠火花塞完成点燃，但前面说过，柴油需要的点燃能量比汽油高得多，如果还是用火花塞的话，就需要一个远比汽油机庞大得多的供电点火系统，这无疑是不便而且代价过于昂贵的方案，你能想象用一个比现在汽车上的电瓶大N倍的电瓶吗?而且大幅度提高点火能量，必然采用大电流和高电压，这无疑也增加安全隐患。
很显然必须另寻捷径去解决柴油的点燃问题，一个叫DIESEL的工程师巧妙地解决了这个问题。前面提到内燃机工作过程中有一个压缩冲程，任何气体在被压缩的过程中温度都会升高，压缩的程度越高温度也就会升的越高，干脆就向高压缩率的空气直接喷射柴油，用足够高温的空气来点燃柴油做功。形象点的说法就是汽油是被点燃的，而柴油是被压燃的。
由此，柴油机吸入和压缩的全部是空气，而不像汽油引擎吸入和压缩的都是空气和汽油混和物。空气可以根据需要无限制的压缩;而油气混合物就不能无限制压缩，因为压缩要提升混合气体的温度，汽油所需的点火能量是较低的，压缩超过一定程度，油气混和物就会发生自燃甚至爆炸。不受控制的能量显然无法被利用，所以传统的汽油机压缩比最多能到11，还必须使用辛烷值高的(相对燃点高点)的高标号汽油，而柴油机随便就可以承受高达20的压缩比。
鉴于上述原因，柴油机先天就具有高压缩比(衡量压缩程度的指标)的优势。那高压缩比又意味着什么?
想必大家都看过电影里早期火药时代打枪放炮的镜头，士兵填充好火药后，都会拿一个杆子使劲桶几下才开火。这个动作的目的就在于压紧压实火药，使它爆燃的时候拥有更大的威力。我们玩的鞭炮，用纸把火药裹得紧紧得也是出于这个道理。如果这你都还没想通，没读过书你总打过架吧?拳头握得越紧打人越疼你总该知道吧?如果你连架都没打过。。。你还算个男人吗?不是男人，你开什么途锐啊?
压缩比越高，燃油燃烧就越充分越猛烈，产生对活塞的压力也就越高，这是驱动汽车扭力的根本来源，很显然，柴油发动机比汽油发动机做功冲程中的平均缸压值高得多，就可以提供高得多的输出扭矩。
现代先进的直喷汽油机也是借鉴了柴油机的工作模式对传统汽油机的改进，它不在吸气过程中吸入油了，而是在压缩过程中分层直接向气缸内注入燃油，这将汽油机承受的压缩比极限提高至13，明显的提升了扭矩和功率输出。尽管如此，和柴油机能达到的高度还是没法比。3.6FSI就是应用了直喷技术(压缩比12.5，要求97号以上汽油)，其扭矩是360N.m/2500转，这对汽油机来说是一个相当不错的成绩了，但和TDI 的550N.m/2000转成绩比，还是差距巨大。
高压缩比自然需要活塞更大的行程，柴油燃烧速度的相对缓慢，也决定了需要一个相对长的活塞行程以有足够的时间和空间释放它燃烧的能量。较长的冲程必然需要曲轴更大的偏离度，这等于又增加了力臂。力量增加，力臂也增加，双重强化下，柴油机的扭矩优势无可撼动，这等于让途锐在低速区像一头蛮牛一样的有力!
俗话说：起步靠扭矩，极速靠功率。在功率方面柴油机相比汽油机又是什么状态呢?
功率是发动机的一个重要指标，它代表单位时间内汽车做功的能力。功率越高，代表单位时间内汽车克服阻力移动的距离越长，也就是速度越快，这就是通常所说的极速靠功率的概念。
功率的大小和扭矩及发动机转速密切相关，功率等比例与扭矩*转速之积。要获得更大功率，提升其最高转速也是一个重要途径。形象点理解，转速越高表明单位时间里燃烧燃油的次数(总量)越多，释放的热能转化的机械能也越多，干的活儿当然也就越多了
柴油发动机在扭矩方面有巨大优势，但在转速方面又面临巨大劣势。
发动机的曲轴是围绕轴心做圆周运转的，但曲轴、活塞及连杆等所有运动部件又不是围绕轴心呈匀质分布的。大家都知道，轮胎出现动平衡失衡，车辆就会出现抖动。轮胎平衡的偏差也就十几克而已，尚且造成如此明显的振动，对发动机内部那些动辄几公斤的运动部件，其高速运动造成的振动该有多么剧烈?
采用了多缸技术，平衡块设置等等措施，我们能大幅度的降低和控制振动，使其在可用范围内，但振动问题永远无法完全避免。即使设计出理论上零振动的发动机，由于加工制造必然存在的误差，结果也是不能100%的消除振动。发动机的转速越高，其振动问题越突出也越难解决。
前面说了，柴油机燃烧压力高，推力大，换种说法就是相对汽油机其工作方式更为粗暴，必然导致更大的振动和噪音。同时要承受柴油机的工作压力，发动机的所有部件都需要更高的强度，就是缸体更厚、连杆曲轴更粗壮，部件重量大幅度增加。越大质量的部件，其运动的平衡性越难控制，再加上其长行程带来的大偏心度，可以说柴油机在振动问题上全面处于天然劣势。再加上柴油相对缓慢的燃烧速度限制，柴油发动机的转速面临双重困难，转速提升难度巨大且成本高昂。
虽然现代技术已经能在5000转以内解决振动和噪音问题，但进一步提升转速一直无法取得有效的突破，而汽油引擎对转速的提升相对轻松得多，整体而言，汽油机更易获得更大的输出功率。这就不难理解那些以速度为卖点的车型，都使用高转速大功率汽油发动机的现状， BMW330 可达7000转，M3和RS4可达8400转，而F1更是高达2万转的恐怖转速。
3.6FSI的最高转速是6500转，而TDI只有4400转。为提升功率，VW祭出涡轮增压。
涡轮增压相当于我们用的鼓风机，强制提升进气压力，也就是说让每一个吸气行程吸入更多的空气，就可以燃烧更多的燃料以提升功率密度。涡轮技术被证明是非常有效而廉价可靠的，除了导致发动机输出平顺性略有降低外(因涡轮开启介入有一个阀值，开启前后的工况变化较明显)，其它都是优点。由于涡轮的强力助阵，TDI挽回了在功率方面的劣势，3.0的排量获得了240马力的输出功率，功率密度(衡量功率技术的指标)80马力/升，和其它几款我熟悉的汽油机比，VW 2.8V6,190马力，68马力/升;VW 3.6VR6 FSI，280马力，78马力/升;BMW 3.0L6,255马力，85马力/升(这可是最先进的汽油发动机了哟)，并不落下风。 |
|
发表于 2012-8-2 13:31
楼主
