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我要榨干你!各种类型发动机性能详解  

2008-02-17 23:34:35|  分类: 汽车配置 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    对于一部强调性能的跑车来说,强大的动力输出当然是不可少的首要条件,但是随着全球环保意识抬头,今日的高性能跑车不仅要具备强大动力,还必须兼顾到更纯净的排放与优异的节能表现。也因此,要如何打造出鱼与熊掌兼得的性能,便成为时下厂家在研发高性能跑车时所面对的课题。

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● 高转型NA魅力不减

    在NA发动机的领域中,由高转速运转来换取更大马力,可以算是长久以来最传统且有效的动力提升手法。而在当今车坛上,包含Honda阵营的Type-R车系、BMW的历代M Series以及Ferrari V8/V12系列等,都是擅长玩弄高转速把戏的好手。

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『最新一代Civic Type-R也再度延续高转速的传统』

    历代Civic Type-R的动力来源都是采用高转型设计,最新一代Civic Type-R也再度延续这项传统,在2.0升排气量下凭借着i-VTEC可压榨出225hp/8000rpm的实力。

    从发动机的运转过程来看,排气量越大的发动机其缸内部品的体积也相对越大,而且汽缸数越多的发动机,其缸内部件的数量也会随之增多,因此运转时产生的摩擦损耗也会比起小排气量发动机来得大。在这样的情况下,要使发动机同样保有高转速优势,除了各部零件的设计和精度都要有极高要求,如何克服转速拉高后所产生的震动与耐用性,也是高转型发动机必须解决的问题。

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『BMW的M Power发动机』

    BMW的M Power发动机向来都是透过高转速来发挥强大火力,不过为每汽缸单独配置一组节气门的进气系统,当然也是造就强大马力的重要功臣。

    时下上得了台面的高转型NA发动机,几乎都具备了每升排气量可轻易压榨出100hp以上的实力,因此高转型NA发动机对于玩家们来说,除了颇具驾驭乐趣和魅力之外,更是赛车技术的忠实转移。但是不可否认的是,由于这类发动机在中低转速域的扭力表现较差,也因而在过去往往给人实用性不佳的印象,所以除了少数玩家之外,对于一般消费者来说高转型NA发动机其实并不具有太大的实用价值和吸引力。

    但是随着各种可变技术和电子系统的广泛运用,加上材质与加工技术的进步后,现今的高转型发动机多半已可利用气门正时、歧管形状或进气路径等各种变化,来达到各个转速域皆可保有适当动力的效果。

    Honda最新一代Civit Type-R即是明显的例子,登场于90年代末期的初代Civic Type-R除了马力峰值出现在8000rpm之后,就连最大马力的释放时间也设在6000rpm以上。但是进化到第三世代后,尽管最大扭力仍旧出现在6100rpm,不过在3000rpm前后的扭力输出也已有大幅改善,因此Honda也特别强调新一代Civic Type-R在实用表现上较过去提升不少。

● 大排气量持续看涨

    除了利用更高的转速来换取马力,透过大排气量来确保基础扭力,也是历久不衰的动力提升术。因为发动机的扭力输出是取决于活塞燃爆的力量,而这股力量在相乘于转速后便会转换成马力,因此若先天拥有较大排气量,就算不透过高转速换取更大马力,基本上也已经保有充沛的扭力输出。而从近来车坛上几款市售车的进化过程中,亦不难看出部份车款逐渐朝向大排气量发展的趋势。

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『对排气量进行扩大是Mercedes-Benz近年常用的手法』

    对排气量进行扩大是Mercedes-Benz近年常用的手法,AMG阵营同样比照办理,63系列V8发动机目前就成为AMG车系广泛使用的动力系统。

 

    在日系车方面,Toyota(Lexus)和Nissan(Infiniti)就是明显的例子,这两个品牌不断为旗下车款进行排气量增大工程,显然就是为了换取更大动力并与对方较劲。最早使用于Nissan 350Z上的VQ35系列发动机,在今日便已发展成3.7升排气量,而且已经由嫡系的Infiniti G37率先搭载。Toyota方面当然也不甘示弱,投入北美市场的Lexus阵营中,IS车系就从一代的IS200/IS300进化成IS250/350,GS车系亦从以往的GS300/GS400晋升为GS350/GS430,而老大哥LS车系更从最早的LS400一路扩大为LS430以及今日的LS460。

    欧系品牌方面,专为Mercedes-Benz车系进行动力强化的AMG便是表之一,该厂目前几乎已将63系列V8发动机导入旗下所有车款,而且若从90年代初期AMG加入Mercedes-Benz麾下至今的发展来看,则不难发现AMG车系的发动机不断有排气量增大的趋势,而且汽缸数也愈来愈多,动力输出当然也达到了足以挑衅一线超跑的水平!

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『现今大排量发动机的精细度越来越高』

    虽然从科技层面来看,重视低速扭力的大排气量发动机似乎不如高转型发动机具有魅力,而且也较缺乏所谓的赛车风格,但是在环保意识抬头且油价高涨的今天,在较低转速域便可发挥充沛扭力的大排气量发动机,实际上也比起高转型发动机更具优势。许多人或许认为排气量越大的发动机油耗越差,事实上,在电子系统大量导入后,现今市售车的发动机在怠速状态下的油耗已无关于排气量大小或汽缸数多寡,当全油门冲刺时,转速拉高所产生的摩擦损耗,才真正是影响油耗的最大因素。而大排气量发动机由于并不需要过度拉高转速,因此在油耗表现上其实并不见得比高转型发动机差,甚至更为有利。

● 强制进气概念转变

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    现今除了911 Turbo仍旧是利用涡轮增压来发挥强悍动力之外,其余几乎已少有纯种跑车是采用强制进气发动机。

    谈到动力提升,强制进气无疑是最有效的手法,不过近来车坛上无论是涡轮增压或机械增压发动机,在诉求和理念上都已和过去有不少转变。

    在目前的纯种跑车领域当中,似乎除了Porsche阵营的911 Turbo依旧延续着该车系十数年来的传统,而透过涡轮增压来为发动机压榨出强悍动力之外,其余几乎已少有搭载涡轮增压或机械增压发动机的纯种跑车。因为近来发动机采用强制进气的车款中,有许多都并非为了获得更大马力,而是基于弥补中低转速域的扭力输出。也因此,现今的强制进气发动机也多半是属于排气量较小的四缸发动机,而且包含马力和扭力输出峰值都设定在较低转速域。

    Mercedes-Benz和AMG车系便是其中实例,过去AMG阵营广泛使用的5.4升V8机械增压发动机(55 Kompressor系列),在新一代的6.2升V8 NA发动机(63系列)登场后便功臣身退,现阶段除了SL65、S65、CL65是采用6.0升V12发动机结合双涡轮增压外,其余AMG车系都已放弃了强制进气发动机,而改走大排气量NA路线。

    同样的,Mercedes-Benz旗下搭载强制进气发动机的车款,现阶段也仅剩下旗舰级的S600为V12双涡轮增压,再来就是入门车型所用的1.8升直四机械增压发动机。

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    近来许多涡轮增压发动机都不再着重高转速马力,而是强调低转速的扭力表现,新款Mini Cooper S即是其中一例,其马力峰值的输出转速仅为5500rpm,但是最大扭力却可从1600rpm持续至5000rpm。

    以小排气量发动机结合强制进气的例子,在BMW和PSA集团合作的1.6升涡轮增压发动机上也可见到。这具由双方合作的发动机目前是由新型Mini Cooper S和Peugeot 207RC(及早一步推出的GT)搭载,虽然这两款车同样都是强调性能的钢炮车种,但是在发动机的输出特性上,两者却也都将马力峰值设定于5500rpm左右。而从这样的角度看,亦不难了解Mini Cooper S和207RC透过涡轮增压并非为了换取高转速域的更大马力,而是为了增大中低转速域的扭力输出。换言之,亦是为了达到和大排气量发动机相同的输出特性。

● 缸内直喷的广泛运用

    在近来各厂采用的发动机科技中,最炙手可热的技术非缸内直喷莫属。这套由柴油发动机衍生而来的科技目前已经大量使用在包含VAG、BMW、Mercedes-Benz、GM以及Toyota(Lexus)车系上。

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    缸内直喷技术在VAG集团中被广泛运用,由Audi RS4和R8共享的4.2升FSI发动机即是其中性能强悍的代表作。

    其中VAG集团可以算是导入缸内直喷科技最具代表性的例子,目前包含Audi和VW都已将名为FSI的缸内直喷发动机列为旗下车款的高阶动力来源,而且在Audi和VW车系的顶级车上,甚至更以FSI结合上涡轮增压以增大动力。

    供油系统采用缸内直喷设计的最大优势,就在于燃油是以极高压力直接注入于燃烧室中,因此除了喷油嘴的构造和位置都异于传统供油系统,在油气的雾化和混合效率上也更为优异。加上近来车上各项电子系统的控制技术大幅进步,计算机对于进气量与喷油时机的判读与控制也愈加精准,因此在搭配上缸内直喷技术以使得发动机的燃烧效率大幅提升下,除了发动机得以产生更大动力,对于环保和节能也都有正面的帮助。

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『采用缸内直喷的发动机除了材质上的讲究,就连活塞、燃烧室也都经过特别设计』

    但是缸内直喷科技也并非无敌,因为从经济层面来看,采用缸内直喷的供油系统除了在研发过程必须花费更大成本,在部品构成复杂且精密的情况下,零组件的价格也比起传统供油系统来得昂贵,因此这些也都是未来缸内直喷发动机尚待克服的要素。

● 柴油发动机之性能化

    柴油发动机的高度发展不仅显见于环保与节能上,在性能表现方面也是有目共睹。而为柴油发动机赋予高性能色彩的先驱者,当然非Audi投入Le Mans赛事的R10赛车莫属!

    柴油发动机在环保与节能方面颇具优势,但是在性能上近来也有逐渐抬头之势。自从Audi以柴油发动机赛车R10拿下了2005年Le Mans赛事的第一场胜利,紧接着又在美国ALMS系列赛事中创下辉煌战绩后,许多人对于柴油发动机也开始有了新的认识。

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『Audi的R10赛车』

    Audi推出的R10赛车是将柴油发动机导向高性能领域的重要推手,自从2005年摘下Le Mans后冠后,R10在ALMS赛事中也有杰出表现。

    现今的柴油发动机多半是结合上拥有叶片可变技术的涡轮增压,因此柴油发动机强大的扭力输出也早已超越了同排气量汽油发动机。如果以排气量同样为3.0升的汽油和柴油发动机来比较,汽油发动机的扭力能够超越30kgm,多半已可称得上性能卓越,但是在柴油发动机之上,最大扭力却往往能轻易越过45kgm门坎!

    不过除了扭力惊人之外,柴油发动机唯一无法和汽油发动机匹敌的是则偏低的转速。这主要也是因为柴油发动机的缸内部品体积大、重量高,加上依赖自燃的点火方式在高转速域无法保有较佳效率,也因此,在转速无法拉高之下,柴油发动机实际上也较难藉由变速系统的齿比设定来弥补加速和高速表现,因此如果要缔造出媲美汽油发动机的最高极速,对于现今柴油发动机来说仍有不少困难必须克服。

● 双离合器变速系统当红

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    除了上述关于发动机本身的动力压榨手法外,利用变速系统来换取更佳性能也是近来各厂在打造跑车时重视的环节。在这个部份,由VAG集团率先使用的DSG系统,即可算是现阶段最受好评且前景看好的高性能变速系统。

    DSG系统的最大特色在于变速箱内设有两组离合器,而且可以依照行驶条件预先加载档位,也就是在尚未进档之前,变速箱其实就已经为下一个档位做好了准备(亦即离合器的接合动作),因此DSG系统的换挡时间相当迅速。看到这里,也许会有人认为换档快速并没有什么了不起,不过试想当您驰骋于山路或赛道时,从A点攻至B点所需的换档次数可能就超过百次以上,如果每换一次档就差距了1秒,换档时间所产生的差异可想而知!这也就是DSG系统之所能强调换档时间比起手排要快上近1秒的优势所在。

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『DSG变速系统』

    具有双离合器的DSG变速系统,由于具有换挡极为迅速的优势,目前已广泛导入于VAG旗下许多强调性能的车型上。

    早期的高性能跑车所采用的变速系统几乎以手排为不二之选,但是自从序列式变速箱被各厂广泛运用,并经过多所改良后,如今许多跑车都已不再强调传统手排的优势,反倒是配置序列式变速箱的车型热销。

    刚于今年四月发表的最新款M3,在变速系统部份目前就只有提供6速手排单一选择,令人意外的是过去使用于M5、M6的SMG-Ⅲ并未出现。原因主要是BMW正在积极研发新一代序列式变速系统,而且这套变速系统也预计会采用和VAG阵营的DSG类似的双离合器设计。

    最早由M3率先使用的SMG系统,在世代交替下逐渐进化成SMG-Ⅱ、SMG-Ⅲ后,尽管换档效果的进步无可否认,但是从最新款M3竟舍弃SMG,转而投入新款变速系统的做法来看,不难理解配有双离合器构造的序列式变速箱,的确将成为未来高性能跑车的主流变速系统!

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