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高轉速發動機有什麼優缺點

汽車 更新时间:2024-07-31 12:26:58

高轉速發動機、也叫高轉NA,是一個頗具年代感的名詞,也可以理解成是帶着時代枷鎖的産物,因為在自然吸氣時代、為了提高内燃機的升功率,除了增加排量的方式外、隻能通過拉高轉速來獲得更大的功率,所以高轉速是小排量自吸發動機獲得更大功率的唯一方式!

高轉速發動機有什麼優缺點(什麼是高轉速發動機)1

内燃機的發展本就遵循着不斷壓縮排量、不斷提高升功率、不斷提高熱效率、不斷提高燃油經濟性的過程,不如上世紀70年代的一台V8大排量發動機馬力在200匹出頭,現在的4缸2.5L發動機同樣做到、這就是升功率不斷提高的表現;隻不過自吸之路的終點在于渦輪增壓,渦輪增壓入場後、升功率進一步被拉高,對發動機性能的榨取也到了極緻的狀态!

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比如本田曾經的紅頭身機K20A、2.0L自吸機器硬生生拉出220匹馬力(美版功率要再大約20匹),升功率高達110匹/升,這幾乎是自然吸氣領域天下第二的存在(K20A誕生10年後被法拉利取代了第二名、而法拉利直接轉型渦輪增壓),而如今随便一款民用車使用的2.0T渦輪增壓發動機的升功率都比這個數值大,比如通用、大衆、福特等等等品牌的2.0T機器!

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上述就是高轉NA在過去十年間迅速凋零的原因,高轉自吸名頭響亮、令人着迷,但工程師打造高轉自吸并不是為了好玩、或者說是情懷,僅僅是為了獲得更大升功率、而如今更容易壓榨升功率的渦輪增壓得到普及,則導緻高轉速自吸完全失去了進化的意義,至少在民用車領域、高轉自吸存在價值幾乎為零;可以通過更簡單的方式壓榨性能、自然就沒必要費勁地拉高轉速了!

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高轉速發動機指的是哪些機器?

評價一款機器是否屬于高轉機,不僅僅要看缸徑、行程之間的比例(比值大于1、或等于1,如K20A、VQ37HR、FA20等),關鍵是看升功率,因為本質就不是機器能上6、7千轉或高轉速下更有力的問題,因為無論哪個品牌的自然吸氣發動機、都能上到6000轉左右,高轉下都比低轉速下有力,這并沒辦法去區分高轉速機!

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所以評價一款機器是否屬于高轉機、關鍵還是要看升功率,鄙人覺得能被譽為高轉發動機的機器、升功率至少在80匹/升以上,因為升功率在80匹以下就太常見了,比如豐田卡羅拉曾經使用過的1.6L自吸、額定功率達到了122匹,升功率76匹/升,總不能說這機器是高轉機對吧?雖然它也能達到6000轉的轉速、在峰值轉速下也挺猛,但升功率依然不夠看!

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列舉幾個知名的高轉速發動機

1.日産VZ-R N1:排量1.6L、功率200匹,升功率達到了125匹/升,峰值轉速8600轉,沒錯這幾乎就是高轉機領域的天花闆!

2.本田K20A/F20C:220-240匹馬力(不同版本存在差異),2.0L自吸、升功率輕松達到了110匹以上,本文主要介紹小排量高轉自吸機,法拉利、蘭博基尼那類大排量高轉機太脫離于實際!

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3.斯巴魯/豐田FA20:2.0L自吸、200匹左右的馬力,升功率高達100匹/升,如果說上面列舉的是老掉牙的紅頭機,那麼F20A則是最近10年的産品,配備在斯巴魯BRZ/豐田GT86之上,這款車應該還可以買到新的、二手車市場也常見,也算是高轉機凋零時代最後的遺留産物吧!

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4.日産VQ37HR:大名頂頂的日産VQ系列巅峰之作,350匹馬力、3.7L自吸,升功率勉強達到95匹/升,嚴謹的說VQ37HR是高轉速機、但和上面那些怪物比升功率還是不夠看的,不過3.7L的排量兼顧了低轉速下的扭矩使得它變得更加均衡,日常代步、01、下賽道等等場景它都能對付,油耗合理、鄙人能控制到12.7L/百公裡!

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5.本田L15B2:1.5L排量自吸小機器,可以拉出功率131匹,升功率達到87匹/升,所以這款機器也能算是高轉速機,畢竟這10多年來市面上升功率能超過80匹的自吸都非常的少見;這也是為啥粉本田的那麼多的原因,10萬不到的價格、弄到手一台可玩性超強甚至能應付賽道的L15B2,是不是很劃算?所以飛度被戲稱為超跑是有原因的!

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高轉機的設計特點與結構

高轉速級的結構特點就是缸徑、行程比要大于1,或者等于1;值得注意的是在很多車友的認知中,認為高轉速機的缸徑一定要大于行程,實際上這種認知是錯誤的!如上圖所示豐田/斯巴魯FA20發動機,缸徑、行程等長都是86毫米,實際上本田F20C/K20A的缸徑與行程也同樣如此等長;而喜歡把缸徑造得比行程更大的是日産,比如VQ37、以及途樂用的VK56( 缸徑98毫米、行程92毫米)!

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如上圖所示,同樣的單缸容積、大缸徑與小缸徑所産生的差異,從圖上我們可以清晰地看到在相同的單缸容積下,更大的缸徑可以讓燃燒室呈現扁平化,而縮小了行程;縮短行程的好處在于使轉速攀升更迅速,其次更短的行程使得曲柄機構與曲軸之間形成的力臂要更短(如下圖字母O、b間的距離要更短一些),這裡要明白一個知識點、活塞行程長度永遠是曲柄力臂長度的2倍、也可以理解成是正比例,那麼活塞行程越短、曲柄力臂就越短,扭矩特性越差、高轉特性越強;反之活塞行程越長、曲柄力臂越長。扭矩特性就越強!

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所以高轉速特性的發動機、往往因為偏短的行程導緻曲柄力臂更短,所以無論高、低扭都很差,不過力是相互的、曲柄力臂短使得連曲軸帶着連杆繞圈時對曲軸造成的沖擊也更低!不是長行程不能拉高轉速、隻是高轉速下過長的行程會對曲軸造成嚴重摧殘,所以高轉速發動機都是短行程,除了獲得高轉速、快速的轉速攀升速度(比如VQ37一秒左右能踩到5000轉),也是為了不對曲軸造成太大的負荷!

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高轉速機有哪些劣勢,為何越來越少見?

高轉速機的優勢真的很少,若以現在是眼光來看高轉速機,那麼隻能說唯一的優勢就是情懷!不過在那個渦輪增壓還沒有普及的時代,高轉機可以憑借更高的轉速拉出更高的功率、僅此而已,參考功率=扭矩*轉速,轉速是千制單位,犧牲扭矩換來高功率還是劃算的,增壓沒普及時、自吸不過是在比較升功率誰更猛罷了;不過高轉機的劣勢非常的多!

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燃燒很差:如上圖VQ37HR單側,燃燒室呈扁平化,如此設計等同于拉長了點火後、火焰傳播的距離,也就是說等空燃比、等噴油量狀态下,扁平化燃燒室要燃燒掉油氣所消耗的時間會比細長燃燒室更慢,低轉速時或許差異不大,但試想在6、7千轉時,每秒中進氣門要開啟接近60次,太短的時間使得每一個循環、空氣填充效率都非常低,其次進氣道、歧管設計非常複雜!

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當然在可變氣門正時、可變氣門升程技術出現後,一定程度緩解了高轉速機燃燒不好的問題、但僅僅是緩解(正時:延長進氣門開啟時間,升程:增大進氣門開口面積),高轉速運行時排放依然很差、油耗依然很高很高,總的來說就是用這種方式獲得的高功率性價比太低;而上了增壓、輕量車重之後形成的收益更大,就拿如今的EA888來說、性能比K20A強,峰值功率下的油耗也比K20A更合理!

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扭矩表現太差:實際上自然吸氣發動機在扭矩特性方面就比不上增壓,因為扭矩與歧管壓力成正比,增壓就是直接對歧管增壓、使得缸内平均有效壓力增大,扭矩輸出要更強一些;不過普通的自然吸氣發動機可以通過更長的行程、拉長曲柄力臂,從而彌補低轉速下扭矩的不足,就好比豐田3UR發動機的行程高達102毫米;不過高轉速機則為了保證高升功率而縮短了行程!

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這樣就導緻無論高轉速、低轉速下,扭矩特性都不理想;也可以理解成完全脫離于日常使用,起步綿軟、悠長、無力,地闆油時轉速暴增、VTEC(或VVEL等等)一開有種打雞血的感覺(類似N年前的突慣渦輪的那種打雞血的感覺);幾年前有幸在丹東開了幾天右舵S2000(封閉路段),采用正常駕駛方式這車沒捷達跑得快,隻能持續的把轉速保持在中、高轉區間才能發揮實力,不過這太費油了、嗡嗡的噪音也挺難受!

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所以那些傳奇、神秘的高轉速機在渦輪增壓時代裡幾乎全面凋零,高轉機曾引以為傲的超高升功率在渦輪增壓面前不堪一擊,地扭特性、油耗、排放更是不值一提,所以高轉速機漸漸退出了舞台,即便引領汽車文化的F1領域、也用1.6T V6渦輪增壓取代了2.4L V8高轉速自吸機!所以這個時代的高轉速機真的是少之又少,除了上述那幾款、市面上真的很難再見到高轉機了!當然很多車友開自吸車,也不要覺得自己的機器就是高轉機,判斷方式就是看看地闆油一秒左右能不能破了5000轉、升功率過沒過80匹!

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