四冲程活塞汽油机,每公升排量每一千转每大气压进气压力大约能发出10马力的功率。 2升6750转自然吸气大概能得到135马力。 这台发动机增压是2.1倍大气压, 相当于进气压力3.1大气压,3.1x135=418马力。
这个规律放到二战时期的发动机上都是成立的,不过二战时期的航空发动机普遍带一级机械增压,会吃掉百分之几的功率。比如著名的飞虎队使用的P-40战斗机上的V-1710发动机,28升,转速3000转,进气压力1.5大气压(44.5英寸汞柱)下计算得到1250马力,机械增压吃掉100马力,所以实际轴功率大概是1150马力。同样的发动机,把进气压力限制放宽到1.72大气压(51英寸汞柱)时能得到1350马力(1450-100)。
所以小排量四冲程活塞汽油机增加功率就两条路线:1. 提高转速;2. 提高进气压力。
二战时期发动机转速不高,追求性能的航空发动机普遍2400-3000转,Napier军刀这种强调高转速的设计也不过4000转。二战后随着材料的进步,目前家用车都普遍能做到5000-6000转,性能车做到7000转左右,赛车做到10000转以上。
提高进气压力目前普遍用涡轮增压,增压后的空气会变热,使得爆震更容易发生。中冷器可以降低增压空气的温度,在航空发动机上大型中冷器会产生过大的阻力,所以会考虑使用别的手段来冷却压缩空气(比如喷入50:50的水和乙醇混合液,或者喷入过量的燃料,通过燃料的蒸发来降温)。汽车对空气阻力不敏感,因此可以选择大型中冷器。对汽车发动机来说,提高增压的主要障碍一是成本,大型的涡轮增压器成本比较高,高功率输出对散热的要求同步提高,还需要加强缸体曲轴等部件,这些都是成本。二是排放标准,高效增压的空气燃料混合物燃烧更剧烈,燃烧的峰值温度更高,会导致排放超标,需要更仔细的设计燃料喷注的过程,使得燃烧尽量的平缓,这需要很多细致的工作,而且还不一定能满足日益提高的排放要求。
从产品的角度,在电动大行其道的今天,小排量高功率汽油机受到插电混动的挑战,插电混动可以提供很高的峰值功率输出,同时让汽油机运行在很「舒服」的工况下,不需要通过很高的增压比来压榨发动机性能。