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為什麽奔馳AMG CLA2.0t發動機能有421匹馬力?

2022-01-29汽車

四衝程活塞汽油機,每公升排量每一千轉每大氣壓進氣壓力大約能發出10馬力的功率。 2升6750轉自然吸氣大概能得到135馬力。 這台發動機增壓是2.1倍大氣壓, 相當於進氣壓力3.1大氣壓,3.1x135=418馬力。

這個規律放到二戰時期的發動機上都是成立的,不過二戰時期的航空發動機普遍帶一級機械增壓,會吃掉百分之幾的功率。比如著名的飛虎隊使用的P-40戰鬥機上的V-1710發動機,28升,轉速3000轉,進氣壓力1.5大氣壓(44.5英寸汞柱)下計算得到1250馬力,機械增壓吃掉100馬力,所以實際軸功率大概是1150馬力。同樣的發動機,把進氣壓力限制放寬到1.72大氣壓(51英寸汞柱)時能得到1350馬力(1450-100)。

所以小排量四衝程活塞汽油機增加功率就兩條路線:1. 提高轉速;2. 提高進氣壓力。

二戰時期發動機轉速不高,追求效能的航空發動機普遍2400-3000轉,Napier軍刀這種強調高轉速的設計也不過4000轉。二戰後隨著材料的進步,目前家用車都普遍能做到5000-6000轉,效能車做到7000轉左右,賽車做到10000轉以上。

提高進氣壓力目前普遍用渦輪增壓,增壓後的空氣會變熱,使得爆震更容易發生。中冷器可以降低增壓空氣的溫度,在航空發動機上大型中冷器會產生過大的阻力,所以會考慮使用別的手段來冷卻壓縮空氣(比如噴入50:50的水和乙醇混合液,或者噴入過量的燃料,透過燃料的蒸發來降溫)。汽車對空氣阻力不敏感,因此可以選擇大型中冷器。對汽車發動機來說,提高增壓的主要障礙一是成本,大型的渦輪增壓器成本比較高,高功率輸出對散熱的要求同步提高,還需要加強缸體曲軸等部件,這些都是成本。二是排放標準,高效增壓的空氣燃料混合物燃燒更劇烈,燃燒的峰值溫度更高,會導致排放超標,需要更仔細的設計燃料噴註的過程,使得燃燒盡量的平緩,這需要很多細致的工作,而且還不一定能滿足日益提高的排放要求。

從產品的角度,在電動大行其道的今天,小排量高功率汽油機受到插電混動的挑戰,插電混動可以提供很高的峰值功率輸出,同時讓汽油機執行在很「舒服」的工況下,不需要透過很高的增壓比來壓榨發動機效能。