小排量增压发动机怎样实现低速高扭？
小排量增压发动机怎样实现低速高扭？...
在相同油门开度的情况下，发动机的扭矩，与进气歧管的空气密度、充量系数、过量空气系数、指示效率、机械效率五个因素有关。
以上五个因素翻译成白话，就是说，发动机扭矩性能的高低和下面三个因素有关：进气歧管的空气密度：这个不用解释了；
充量系数：指实际进入气缸的空气质量，与标准大气压下要填满燃烧室的空气质量之比；
过量空气系数：是指燃烧1Kg燃油的实际空气需求量与理论空气需求量之比；
指示功率：发动机单位时间内能做出的功；
机械效率：指示功率减去发动机内部摩擦消耗的功率，与指示功率的比值。
所以，无论是否是涡轮增压发动机，要提高低速扭矩，就必须要在这三点上着手。相对而言，像迈锐宝XL搭载的Ecotec 1.5T这样的顶置直喷涡轮发动机，它相比普通自吸发动机的最大差异，就是提高空气量这一点。①进入气缸的空气量（发动机能吃多少）
②发动机的燃烧效率（发动机将吃进去的多少转化成了需要的能量）
③发动机本身损失掉多少（发动机的消化过程消耗了多少能量）
提高低速扭矩手段一：提高进气量
涡轮增压发动机之所以能得以增压之名，就是因为它能将空气压缩后"吹"入气缸，相比自然“吸”气不仅能够达成更好的扫气效果，还能伴随进气密度的增加，增加缸内氧气总量，那么就能有更多的燃料可以进行充分燃烧。另外，由于空气的密度与温度关系密切，所以涡轮增压发动机都配有中冷器，不管是水冷还是风冷其目的都是为了降低增压器压缩后的空气温度，提高密度，增加氧气量。
那么，如何提高低转速时发动机中增压器的增压比，即发动机转速不高的时候，增压器能尽快开始进入最大工作状态？通用采用的方法是——减小增压器的涡轮和泵轮的尺寸，降低它们的转动惯量。它的涡轮直径仅为35毫米，泵轮直径仅为40毫米。涡轮越小越轻，低转速时虽然排气流量不大，但也能让涡轮更快的转起来。
相同的道理，如果你看到一款涡轮增压发动机的增压器启动越早，基本可以断定的是，它的涡轮和泵轮越小。
提高进气量还有另外一个方法——在低转速时，延迟进气门的关闭时间，也就是说，让空气多跑一会，自然进去的就更多了；在高转速时，缩短进气门开启时间，让空气更快速的进入气缸。因此，在通用为雪佛兰迈锐宝XL配备的这款Ecotec 1.5T顶置直喷涡轮发动机上，我们就看到了这项技术——DVVT进排气可变气门正时系统，它干的就是调节气门开闭时刻和开启时间长短的作用（DVVT就是双VVT，不光调节进气门，连排气门也管了）来提高燃烧效率。
提高低速扭矩手段二：提高燃烧效率
提高燃烧效率是一件很复杂的工作，也是一款发动机优劣的核心技术之一。而在迈锐宝XL上搭载的1.5T顶置直喷涡轮发动机所应用的顶置直喷技术，其目的就是为了提高燃烧效率。
我们知道，喷油嘴附近的油雾是最浓的，那么，它距离火花塞越近，被点燃时所需要的燃油越少。所以，顶置直喷能够通过精确的喷油控制，在保证充沛直接的动力同时还能够降低油耗。
为了控制缸内燃烧的稳定性，迈锐宝XL的1.5T顶置直喷涡轮发动机还采用了冷却活塞的机油喷嘴，直接对活塞内壁进行喷油降温。这就可以让更多燃料在燃烧时更加稳定。
提高低速扭矩手段三：提高机械效率
提高机械效率，就是要让发动机内部摩擦和运动损失少一点。通用是怎么干的呢？
第一，变排量机油泵。机油泵是由发动机带动的，如果在低速时能降低机油泵消耗的能量，那么机械效率就会相应提高。于是，变排量机油泵应运而生。第二，中空的凸轮轴。凸轮轴同样是由发动机带动的，降低凸轮轴的质量，发动机带动它转动损耗的能量更少，同样是为了提高机械效率。
第三，采用逆齿链结构的正时链条。具体原理将不讲了，总之它比传统的正时链条具有更高的传动效率，从而提高了机械效率。与此同时，它的静音效果和耐久性也比传统正时链条更优。
话到这里先来做个小结。如果以上你基本看懂了，那么你已经能够清楚，如今的小排量涡轮增压发动机，是如何一步步实现了低速高扭矩特性。
但，「低速高扭」实现了，涡轮迟滞的问题怎么解决？
涡轮机为何会有动力延迟？
对此，首先我们必须要了解，为什么涡轮增压发动机会有动力迟滞。在这点上，大家一直有一个误区，很多人认为，发动机的涡轮增压器是在一定转速下才介入的。因为很多人在开车的时候，总感觉到在某一个转速下，车子动力突然增强，推背感明显。
但实际上，从发动机启动的那一刻起，发动机的涡轮就介入了工作。其实也不难理解，只要发动机开始排出尾气，尾气就开始推动涡轮，涡轮带动了泵轮，泵轮就在给进气加压。既然如此，为什么动力输出不是线性的呢？
让我们来看一下发动机涡轮增压的工作流程。当我们深踩下油门的那一刻，排气歧管到涡轮之间的空间内，废气密度还处在低转速时的低压状态。同时，涡轮的转速也处在较低的转速状态。
所以，虽然你踩下油门告诉发动机此时我要大扭矩、大功率，但发动机排出的废气首先要给排气歧管到涡轮之间的空间加压，其次要提高涡轮的转速。当这两点都满足了要求时，已经过去了0.X-X秒，发动机这才开始迸发出你想要的扭矩，并随着转速的提高，功率也迅速提高。
这就是所谓的涡轮迟滞的根本原因。那么，通用是如何解决它的？
集成式排气歧管（红色）+增压器（蓝色）
其次，减小涡轮和泵轮的直径和重量。它不仅能让发动机在低速时就能有更强的进气加压能力，同时也能提高增压器的响应速度。
综上，我们从迈锐宝XL 1.5T顶置直喷涡轮发动机的工作原理上，可以看出在满足「低速高扭」和「迅速响应」这两个目标时，通用的工程师们是如何将这些新的技术应用于其中的。你应该能够更清楚，这些技术并非只是为了新技术而新，是有其目的的。
实际上，通用的Ecotec系列发动机还有其他很多新材料、新技术的应用，它们或是因为以上新技术的应用而必须采用新材料或辅助的新技术，或是为了油耗、可靠性、耐久性、NVH等而来。(来源：凤凰汽车 作者：汪军艇）
加入中国发动机行业通讯录
会聚了中国发动机研发精英，本通讯录成员主要来自里卡多、李斯特、FEV、博世、联电、电装、德尔福、大陆、三菱、通用、福特、丰田、本田、马自达、菲亚特、大众、捷豹路虎、上汽、一汽、长安、东风、北汽、广汽、吉利、奇瑞、江淮等各大汽车公司。成员均是各汽车公司、发动机公司、动力研究院、以及关重零部件供应商的董事长、总经理、技术副总、研究院院长、技术总监/主任、技术部长/主管、资深发动机工程师、电控工程师等。
欢迎动力研究院、发动机公司和咨询公司技术及高管加入。加入方法：长按并识别下方二维码
加入“发动机技术”微信交流群
与来自里卡多、李斯特、FEV、博世、联电、电装、德尔福、大陆、三菱、通用、福特、丰田、本田、马自达、菲亚特、大众、捷豹路虎、上汽、一汽、长安、东风、北汽、广汽、吉利、奇瑞、江淮等各大汽车公司的发动机研发及管理人员交流。请添加微信号 MartinUpdate 为好友，注明“公司”+“职位或工作内容”+“发动机”三个字，拉您入群。
关注 汽车动力总成
微信扫一扫关注公众号
