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汽车发动机工作原理吸气(汽车发动机燃烧原理)

文 | 嗷嗷胡

直到今天,现存大部分的持证驾驶员,都至少是在驾校时期与自然吸气引擎有过接触——只是或许大多数人从不会在意。

这种最古老、最原始、最简单的发动机类型,几乎是与汽车相伴而生,走过了一百多年。无论是70年代石油危机,还是新世纪涡轮普及,又或是今天新能源大势,都没有将自吸引擎彻底赶出历史。

汽车发动机工作原理吸气

甚至,即将迎来2022年,依然有厂商继续在自然吸气引擎下功夫。

保时捷刚刚拿出了718车系的性能天花板,用上了911 GT3上的4.0L自吸引擎,还要拿到国内卖;法拉利最新的限定车型Daytona SP3,使用V12自吸并忽略一切混动系统;丰田和斯巴鲁继续合作打造新一代86/BRZ,坚持自然吸气并逆潮流将排气量从2.0L增至2.4L……

718 GT4 RS卖到157.8万元,先别嫌贵,这可能是国内能买到最后的、更便宜的高性能自然吸气小汽车了。对于这些“逆行者”,情怀当然是一方面,但如果没有一些和驾校用车不一样的新东西傍身护体,单凭情怀可不足以让它们在涡轮和电机的马力通胀中继续生存。

汽车发动机工作原理吸气

自然吸气顾名思义,发动机内部燃烧所需的空气,是由大气压自然“推”进气缸的,不靠任何助力。内燃机发明之初都是这么干的,也只会这么干,后来大家才想出了各种增压的“歪点子”来提高进气量。

对于自吸发动机,以及在过去增压尚不普遍的自吸时代,进气系统对于一台发动机的性能至关重要。大家都知道排量起决定性作用,那么排量近似的发动机输出,是如何有高低之别的呢?

对于追求极致性能的自吸发动机,可变进气系统是对抗增压阵营时必备的利器。

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保时捷的可变进气歧管

当发动机在不同工况下运转时,所需要吸入空气的特性是不同的:低转速时,需要充分而绵长,进气管路更好“细水长流”;高转速时,需要快速而有力,要求进气管路短促直接。而常规的固定进气系统,内部的进气管路自然也是固定不变的,这就出现了矛盾。

一台性能完整的发动机,要在各种工况下都拥有较好的性能表现。如果进气系统不可变,顾得了这头必然丢掉了那头,最终一定需要工程师做出权衡。很多时候,汽车设计都是在“提升极限”与“保证过程”之间做取舍,所以真正提升极限,往往靠的是新技术“解放”了其他太阳成娱乐app限制。

早年常听的CVVT、VVT、VVL等技术,就是对凸轮轴等配气机构的可变化改进,只局限于气缸上面的进气门排气门。这些技术今天已经趋于普及(而且不限于自吸),而对于有更高追求的自吸发动机,就有必要上大招,可变进气歧管了。

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可变进气的一类,调节中央阀门改变进气路径长度

保时捷就在其自吸发动机中,采用了带有多个谐振阀的可变进气歧管。在预设的工况下,通过开闭阀门的组合,让空气进入气缸的路径可以有多种选择和变化。当低转速时,让空气流经更长距离到达气缸,而当高转速需要大量空气时,则调整阀门使用短进气路径。

可变的进气歧管,让发动机可以在更宽阔的转速区间下,拥有较全面的扭矩输出,也就是所谓的“改善扭矩曲线”。由于发动机更高功率与高转速下的扭矩有关,也就间接提升了极限输出。事实上,发动机中的很多“可变”都是为了实现“兼顾”,因为“兼顾”的另一面,永远是让“高”能够“更高”。

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法拉利同样是钟爱可变进气歧管的大户,发动机上面鲜红色的“盒子”内就是复杂的进气系统。内部的移动结构可以改变进气歧管的长径比,当高转速时帮助缩短进气歧管,低转速时则反之。这样的可变进气,使得自吸引擎近万转的转速区间内都能有高输出,充分利用高转速来提高动力极限。

雪佛兰科尔维特Z06搭载的5.5L自吸LT6发动机,为两排气缸各设置了一个稳压腔,而在中间还布置了三个阀门,配合各个气缸进排气产生的波动效应,也可以起到可变进气歧管的功效。

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自然吸气引擎提高进气效率的举措,还体现在ITB独立节气门的应用。

大多数民用车只会有一个节气门,这个节气门也就是我们天天讲的“油门”,直接控制着车辆的动力输出。但一个节气门控制多个气缸,意味着它一定是远离气门口的。这之间的距离,使得油门快速踩下时,空气到达气缸有一个时间差。

解决之道很是简单粗暴:给每个气缸都装上单独的节气门(ITB)。油门的每一道指令直接下发到气缸门口(气门),再也不能赖节气门和气门间有距离,可谓是发动机中的政令到基层,大幅提高动力的响应速度。

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经常出现在赛车和电影中的独立节气门

声浪是自然吸气相对于涡轮增压引擎的一大不同,因为涡轮增压引擎的进气路径上多了增压器压气机,发动机噪音不再容易从进气侧传出,你会发现今天的涡轮车都更加强调排气的所谓“放炮声”。

而自吸发动机的声浪,就可以无阻碍的从进、排气两侧传出,配合稳压腔的腔体设计还可以改善音色,带来更迷人的声浪(比如LFA)。保时捷718 GT4 RS作为一款专注于赛道驾驶的极限街车,将发动机进气道设计在了独特的侧窗后部,其原因便是让引擎声更接近驾驶者的耳朵。

汽车发动机工作原理吸气

汽车发动机工作原理吸气

718 GT4 RS非常特殊的进气布置

涡轮和自吸的争执,堪称汽车圈早已过气的世纪辩题。如今遍布市场的小排量涡轮给出了答案,而电气化的到来又让这答案瞬间毫无意义。

但无论是整个燃油车,还是细化到自吸引擎,都依然有其不可替代的特性和优势在。对于某些专注于驾驶的性能机器,自吸引擎带来快速动力响应是无可替代的,混动和电气化可以带来类似的效果,却要付出更多的重量代价。

于是即便再没一丝可能成为主流,也还是有利益为能量,驱动着自吸引擎继续朝着极致发展。

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