這三種增壓方式的本質可以用一句話概括:壓縮空氣實現富氧燃燒。其目的為提升發動機的扭矩,從而以大扭矩實現低轉速的低油耗高功率運行。——這也就是為什麼增壓器的壓縮空氣不能轉化為推動力,實現為各系統助力的原因。
内燃式發動機在運行中會産生負壓吸力,尤其是在做功過程中節氣門關閉後活塞的往複循環會産生負壓。這一壓力通過真空管的抽取則會讓真空罐形成“真空”(壓力),這一壓力可以為刹車總泵、方向機助力泵等系統提供了“推力”,減少的正是駕駛員操控車輛的強度。如果說“廢氣渦輪增壓系統”是利用了内燃機的正壓排氣實現廢物利用,那麼真空助力系統則是利用負壓實現廢物利用,兩者并不沖突也不能互相替代。不過随着汽車電子化的不斷升級,利用電機控制助力難道不可以嗎?
标準答案:一定可以但是會增加成本也不見得有有意義。比如方向盤電子助力系統是有意義的,将液壓助力泵改為電動機主力,在電控程序的控制中,通過對電機輸出電流強弱的控制可實現方向盤助力強度的變化。簡而言之為低車速時電機助力強度高——提升駕乘舒适體驗;高車速時主力強度低——防止方向盤輕易撥動造成車輛失控。這種助力強度的調整是液壓助力做不到的,所以改為電子助力會很有意義,但也提升了制造成本。
刹車助力系統理論上也可以使用“電機加渦輪”的增壓助力方式,但是實在沒有意義。因為刹車踏闆的力度總不會越重越好,也沒有任何必要在行駛中依據車速調整阻尼;控制刹車踏闆是一個機械性的重複動作,從安全控制的角度出發一定要讓駕駛員養成固定的“肌肉記憶”才好,這樣才能保證在任何車速中能以潛意識中對“力量”與“制動性能”的具象化體現。所以刹車助力系統可以用電驅主力但沒有意義,且會提升制造成本——除了沒有内燃機的電動汽車以外。
氧氣是燃油的助燃劑,常壓與标準海拔的條件下,空氣中的氧含量為20.9%。NA自然吸氣發動機吸入的空氣就隻有這麼多氧氣。而氧氣的濃度越高燃油燃燒的“興奮狀态”也就越強,反之也會越弱——比如汽車在高原出現“高反”(動力下降),原因正是單位體積内的空氣氧含量達到10%左右的下降。那麼想要提升性能則需要提升空氣的氧含量,于是才有了被稱為增壓器的汽車空氣壓縮機。
增壓器通過高速旋轉的渦輪帶動進氣系統内的葉輪運轉,對吸入的空氣進行體積的壓縮;體積變小但是分子數量不變,那麼空氣中的氧含量則會超過20.9%。氧濃度的提升則稱之為富氧燃燒,氧氣作為燃油的“興奮劑”會促進化學反應中分子運動的強度,運動強度增加産生的活塞推動力也就越強,通過活塞運轉轉化成為的扭矩自然更大喽。
而馬力的計算公式為【(轉速×扭矩÷常數)×1.36】,扭矩的升高可以在轉速不升高的前提下提升馬力,同時也能實現降低轉速以大扭矩相乘實現夠用的馬力而降低耗油量,這是渦輪增壓的目的。(下圖為不同氧含量濃度同一種燃料燃燒産生的溫度差異,溫度實際是分子運動摩擦産生的結果,溫度越高則說明動力越強)
綜上所述,利用增壓器壓縮空氣并不是讓空氣産生推動力,而是壓縮提升氧濃度以提升燃燒反應的強度。但不能否認利用壓縮空氣可以實現推動力(助力),隻是消耗大量的電流而産生少量的推力,不如将壓縮動力改為壓縮空氣助燃,以扭矩的超大比例升高、“抽”出少量負壓進行助力,這樣的設定對于發動機而言更有益。
編輯:天和Auto-汽車科學島
責編:天和MCN
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