保時捷2.9T發動機排量比3.0T發動機小,為何動力卻比3.0T更大?

2021-01-19 網易

2021-01-04 00:31:18 來源: 駱駝大白楊

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  EA839發動機有兩個機型、分別是3.0T與2.9T,從表面上看3.0T機型在排量上要大於2.9T機型,可性能方面卻比2.9T機型差很多,比如峰值扭矩低100nm、而峰值功率低了100p馬力,為什麼排量更低的2.9t性能卻高於3.0T機型呢?實際上還是要看這兩種機型的定位!


  EA839是奧迪與保時捷聯合開發的機器(奧迪佔主導),研發這款機器處於一個排放、油耗規則很嚴格的時代;所以EA839必須要滿足兩種定位,其一節能環保、其二性能強勁;寫到這朋友們應該能看出問題,那就是節能與性能本身就是矛盾的,要節能、沒性能,而保證性能、能耗方面肯定不理想;所以環保、性能之間存在的矛盾就是研發EA839時所要面臨的矛盾;所以導致EA839有了兩個版本,3.0T機型與2.9T機型!


  3.0T的EA839雖然性能也不差,但節能、減排的權重是非常高的,這從其身上的很多設計都能看出來、比如雙循環(引入阿特金森、或米勒循環的機器有性能好的麼?哪個不是動力疲軟,比如Ea888 gen3.b,所以單憑這一點就能看出3.0T版本主打節能);單以節能為目的研發的3.0T EA839是沒辦法承載保時捷這個主打性能的品牌的,同理奧迪旗下那一眾性能車也不能把節能做賣點,所以必須有一款無視油耗的性能版本、這其實就是2.9T的EA389出現的原因!


  3.0T為什麼動力反而更差

  3.0T的EA839採用了雙渦管、單渦輪設計,要知道V.型機一般都是布置並聯雙渦輪的、也就是每三缸布置一個渦輪,兩個渦輪以並聯的方式連接;而3.0T則採用了單渦輪設計、一顆大渦輪被布置在機器的夾角之中,顧名思義這就叫HOT V了,實際上EA837那顆機械增壓器也布置在v型夾角上(這就是為什麼V型機更適合機械增壓的原因);這種布局方式可以讓機器更加緊湊、同時也能提高增壓效率,讓發動機的動力響應更加及時;其次把三元催化器也布置在了夾角之間,確保三元能更快的達到指定溫度、讓排放變得更為理想!


  其次壓縮比高達11.2,這種壓縮比在自然吸氣發動機中也已經算非常高的水平了、實際上並不僅僅是為了獲得更加的熱效率;11.2的超高壓縮比(不要說什麼某某品牌13壓縮比,那是自然吸氣,渦輪增壓的缸壓、溫度有多高不是自吸能比的),主要是為了配合米勒循環、也就是利用進氣門早關,獲得壓縮衝程、小於膨脹衝程的結果(熱力學上說、這樣做會做更多的功、也就節省了能源),原理在於進氣門早關、進氣量減少,等同於縮短了壓縮行程、但膨脹行程不變,所以這就是用可變氣門技術模擬出來的壓縮行程短、膨脹行程長的過程!


  中低負荷下3.0T會一直保持米勒循環、只有在高負荷時會切換為奧託循環,而在奧託循環下壓縮比高達11.2、就容易出現問題了,所以考慮到高負荷狀態下的爆震問題、所以3.0T機器最大增壓值只達到了2.3Bar,這樣的壓力只能讓這3.0t的機器達到340p馬力,想要繼續拉高馬力、扭矩也簡單,只需要增加渦輪增壓系統的最大增壓值即可(2.9T最大增壓值為2.7Bar左右,記不太清了),可加大增壓值將同時面臨缸體強度、爆震、以及燃油經濟性問題,所以性能取向的2.9T與環保取向的3.0T本身就存在取捨;盲目增大壓力值是不可以的,因為會導致嚴重的爆震、所以一定要降低壓縮比,而這樣一來、燃油經濟性又差了!


  EA839 2.9T與3.0T的差異

  2.9T的壓縮比降低到了10.5,實際上這與寶馬n20b20發動機20i刷25i類似,都是高功率版本的壓縮比低;一般就是通過讓活塞表面更光滑的方式、來降低壓縮比(等同於擴大燃燒室的面積),從而來抑制更大壓力下的爆震,因為峰值壓力變大所帶來的後果就是運行時更高的溫度、更高的缸壓;降低了壓縮比,就可以解決最大壓力值達到2.7Bar後的爆震問題(歧管壓力與輸出扭矩成正比,所以我們可以根據標準公式輸出功率=輸出功率*轉速來得知當轉速不變時,歧管壓力值增大、輸出扭矩增大、輸出功率增加,這就是渦輪機刷ECU增加開口壓力獲得功率提升的秘密),但這時缸體、曲軸又面臨強度的問題!


  為了強化曲軸、採取增大曲柄銷蓋的方式,將曲柄銷蓋增大(強化曲軸常見的方式),因為曲柄銷蓋的增加、等同於將活塞衝程給縮短了一截(約為3mm),這樣一來行程也就縮短為86毫米;而活塞直徑不變、依然保持84.5毫米左右,也就是縮短這3mm的行程、導致3.0L的排量降低為2.9L;實際上根據圓柱體的體積公式底面積高可以計算出2.9t發動機的實際排量為2893立方釐米=約2.9L(圓周率3.14,半逕取42.24毫米,高取86毫米);實際上這款機器還是3.0L的本質、只是因強化曲軸被佔用了部分容積,所以說差0.1L排量也不嚴謹、差不多少!


  壓縮比降了、機器強度升級了,這樣一來就可以很穩妥的把增壓系統的最大壓力從3.0T機器的2.3Bar、提升到2.7Bar左右(當然2.9T機器是兩顆渦輪,但重點並不是幾顆渦輪的問題而是最大壓力值);峰值壓力拉到了2.7Bar,那麼峰值扭矩、峰值功率必然大幅度提高,就像上文所說歧管壓力與輸出扭矩成正比,在轉速區間恆定時、輸出扭矩增加必然導致輸出功率也提高(參考公式功率=扭矩*轉速),所以這2.9T的機器輸出功率就更大一些了!


  當我們思考渦輪增壓機的時候,不僅僅要考慮排量、真正的重點在於最大增壓值,最大增壓值能起到彌補排量的作用(當然,轉速足夠高也能拉出高功率,改變輸出功率的其實就是扭矩、轉速的乘積);這就好比F1賽車的1.6T發動機,遠比3.0T、2.9T排量低,但依然能拉出600p的馬力(另外部分動力靠電)、平均有效壓力高達Pme=22.05BAR(當然如果使用響應速度更快的電動渦輪,平均有效壓力會適當降低一些);所以想通過增加輸出扭矩、來升級功率不一定費得增加排量,雖然排量增加、輸出扭矩會增加,但沒有提高增壓值來的效果明顯,比如EA839 3.0T的2.3Bar、升級到2.7Bar時,即便排量略有縮小,但扭矩、功率都大幅度增加!

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