全国

我的车库

关闭
浏览收藏求购

手机扫一扫
下载小猪二手车

浏览的车0
1/1

您还没有看过二手车

小猪二手车>二手车资讯>发动机是如何进化成2.0T的?

发动机是如何进化成2.0T的?

2021年10月12日 12:05来源:萝卜报告

当1885年卡尔·本茨点燃世界上第一台汽车发动机后,人类文明从此便进入到了汽车时代。与此同时,作为汽车动力来源的内燃机也正式出现在了人类的视野当中。那么问题就来了,发动机怎么就统一成了如今的2.0T形式?在这136年间,发动机又经历了哪些重大的变革呢?在如今这个内燃机即将走到尽头的时刻,咱们一起来回顾一下它伟大的一生吧!

当卡尔·本茨造出全球第一台搭载内燃机的汽车后,伴随着第二次工业革命的浪潮,几乎所有欧洲国家都在15年内紧跟着卡尔·本茨攻克了内燃机设计制造的难题。在解决了如何让车走起来的问题后,如何进一步提高内燃机的动力,并替代掉当时技术更加成熟的电动机便成为了接下来的难题。

只有4马力的菲亚特4hp

当时的发动机,由于供油系统不够精准以及石油精炼技术不成熟的关系,相比起现在动辄35%以上的热效率来说,当时汽车的热效率甚至连10%都到不了。这时再加上点火系统无法在短时间内多次点火,以及最多只能造出直列四缸机的关系,导致最初的汽车发动机峰值转速只能悠到1000转左右,同时马力更是只能做到如今想都不敢想的个位数。

保时捷56匹电动车

除了自身实力的孬弱,1900年由费迪南德·保时捷制造出的,拥有56马力的电动车,更是一座压在汽油车身上的大山。可想而知,留给汽油车造出大马力发动机的时间已经不多了......

梅赛德斯35HP

本着要产生更大马力,就得烧更多汽油的原则,1901年戴姆勒采用了最好理解和操作的堆排量方案,将一台直列四缸引擎的排量从2.1L直接拉到了5.918L,这个接近6L的水平!并推出了名为梅赛德斯35HP的车型,一举将汽油发动机的马力推至了前所未有的35匹!

世界上第一台V8发动机

而在戴姆勒35匹发动机发布一年后,1902年法国飞机设计师莱昂·莱瓦瓦瑟就研究出了V8发动机的排列方式,再加上1903年直列六缸和直列八缸发动机的研发成功,人类在追求更大马力的道路上便开始了如同拼乐高一样的方法--堆缸数、堆排量。

凯迪拉克51型

生不逢时的是,由于汽车刚好与飞机同时代诞生,而天上飞的显然要比地上跑的更具革命性质,因此当时的多缸发动机都是以飞机为蓝本研发的。所以,等到多缸发动机下放到汽车上时,其实已经是1910年以后的事情了。比如世界上第一台使用V8发动机的汽车,实际上是于1914年诞生,拥有5.1L排量、70马力的凯迪拉克51型。而第一台直列八缸则是由意大利品牌伊索塔弗拉斯基尼在1919年所生产的Tipo 8,5.9L的排量和八个气缸让其成为了一台拥有90马力,最高时速可以跑到140km/h的“性能车”!看来意大利人骨子里能造顶级跑车的基因,从那时起就已经开始显现了。

凯迪拉克V16

堆排量、堆缸数谁不会啊!来自美国的凯迪拉克直接给予还击,于1930年推出了一台排量高达7.4L,缸数多达16缸的V16轿车!能爆发出在当时登峰造极般的185马力!

不过,在“堆乐高”模式上也有走错路线的,比如从品牌诞生之初就定位顶级奢华的劳斯莱斯,由于只顾着堆排量,但没有堆缸数,所以最终造出搭载在幻影II上的7.7L直列六缸引擎,在如此大排量的基础上,仅仅只能爆发出50马力的动力输出。由此可见,单纯堆砌排量,不增加缸数的路线是行不通的......

而要说那个时代把“堆乐高”模式玩到极致的,还得属一家名为Peerless的美国厂家。他们在1914年做出了迄今为止排量最大的乘用车,13.5L的直列六缸发动机即使用现在的眼光来看也堪称疯狂。只可惜,1914年那会发动机技术还没发展起来,因为它的峰值动力也不过60匹而已。

就这样,人类在“堆乐高”模式上一堆就是50年,直到后来第二次世界大战所带来的工业技术突破,才让汽车发动机在高转速和涡轮增压技术的加持下进入到了下一个次元!

在20世纪前半段,地球上共爆发了两次堪比末日的世界大战。虽然对于全人类来说,战争是一场严重的内耗,并不存在真正的胜利。但对于科技发展来说,世界大战的打响无异于一场点了倍速的游戏,在侵略、存亡的重压下,科技树迅速开花结果,为人来带来杀伤性更强武器的同时,也为汽车带来了更好的材料学以及至今都在使用的涡轮增压。

一战时的飞机

虽然早在1913年爆发的第一次世界大战中,刚刚诞生10年的飞机就已经成为了武器装备。但当人类真正意识到控制制空权对于战争胜负的重要性时,其实已经是第二次世界大战了。为了让飞机拥有更好的机动性,人们在二战中研发出了很多能提升动力的技术,而其中最有效的就是我们熟知的涡轮增压!

B-24

受限于高空海拔含氧量较低的缘故,所以当时使用活塞发动机的飞机并不能飞得太高,否则就会出现动力下降导致的失速甚至熄火。因此人们便捡起了诞生自1915年,但技术并不成熟的涡轮增压器,试图通过研发能帮助飞机在高海拔地区吸入更多的空气。最终,聪明的人类攻克了这一难题,并在二战飞机中加入了涡轮,大幅提高了战斗机的性能。

奥兹莫比尔Jetfire

在战争结束后,汽车工程师突然发现,如果涡轮增压能在飞机上提高活塞发动机的动力,那把涡轮装在汽车上,理应也能行得通!于是,世界上第一款装有涡轮增压的车便诞生了,1962年发布的奥兹莫比尔Jetfire,使用了一台3.5T的V8发动机作为动力来源。凭借着涡轮的加持,让这台3.5T发动机拥有了高达218马力以及407牛·米扭矩的动力输出!比当时的3.5L自吸版本车型足足多了30马力!

萨博99 Turbo

见到涡轮增压的奇效后,这项新技术得到了迅速的普及,保时捷于1975年推出的911 Turbo,以及萨博于1978年推出的99 Turbo都成为了非常有名的涡轮增压车型。不过,受限于制造工艺,当时涡轮的尺寸要比现在大不少,所以使用涡轮发动机的车型虽然可以轻松提高马力,但涡轮迟滞问题也要比如今的1.5T雅阁还严重10倍!

除了涡轮增压外,第二次世界大战中的坦克战,也飞一般的带动了钢材制造工艺的进步。更好的钢材,让发动机活塞连杆拥有了更好的刚性,可以承受活塞运动时更大的气缸压力;更好的加工精度,让曾经会导致发动机缸盖漏油,但能够适应更高转速的顶置气门结构从赛场走到了民间。于是,以高强度钢为基础的高转速发动机,也在战后如雨后春笋一般疯狂地涌现出来。

在钢材工艺没进步前,民用发动机普遍用的都是OHV结构,也就是底置凸轮轴。不同于顶置凸轮轴通过凸轮顶气门的运转方式,底置凸轮轴由于需要通过连杆才可以操控发动机的进排气门,所以势必无法做到很高的转速,否则气门连杆就会因为惯性过大出现断裂,或是出现气门在高转速下,来不及归位的情况,所以发动机的红线转速普遍不会超过5000转。

而顶置凸轮轴,由于是通过凸轮直接顶气门,并不使用推杆的关系,所以只要发动机缸体、连杆强度足够,气门弹簧力度合理,发动机就可以实现更高的转速。世界上首台使用双顶置凸轮轴的量产车型,是诞生于1954年的阿尔法·罗密欧Giulietta。得益于双顶置凸轮轴带来的高转速,它所使用的1.3L直列四缸发动机,不仅拥有着6500转的红线转速,峰值动力更是达到了1930年之前,只有超大排量发动机才会拥有的80匹。

本田S600

在阿尔法·罗密欧Giulietta取得成功之后,60年代各种各样的高转速取向车型也接踵而来。其中本田S600就是最具代表性的车型,虽然它仅仅搭载了一台0.6L的四缸发动机,但凭借着8500转的超高转速,这台发动机可以爆发出57匹的动力。要知道,早些年上市的保时捷356A上的1.6L水平对置四缸OHV引擎也不过才59匹。由此可见,高转发动机的实力可不是盖的。

所以在1950年之后,汽车发动机就形成了大排量多缸数、涡轮增压以及高转速这种三足鼎立的态势。其中,美国车企比较偏爱大排量多缸数和涡轮增压;欧洲车企是大排量和高转速的两手抓;日本车企则更加偏爱小排量高转速。

但好景不长,1973年第四次中东战争的爆发,让全球第一次出现了石油危机。居高不下的石油价格,让高油耗的大排量多缸数发动机举步维艰。同时也让排量相对较低的涡轮增压以及高转速引擎看到了占领市场的曙光。可令人没想到的是,原本让全球人民不知所措的石油危机,仅持续了一年多就结束了......于是,大排量死灰复燃,“三足鼎立”态势再一次形成,并一直持续到了1990年。

上文已经说过,由于当时涡轮技术的不成熟,所以凡是搭载涡轮增压的车型,基本都伴有超大涡轮迟滞的问题。而在发动机已经跨过的100年间,压缩比、热效率、配气结构以及电子喷射等技术已经上升到了全新的高度,自吸发动机在全面“武装”之下,已经全面占领了家用车领域。

因此在90年代,除了性能车外,涡轮增压器基本就已经绝迹了。但随着2000年前后,各国不约而同出台的严格环保法规,涡轮增压不仅再一次回归到了广大群众的视野中,而且还在随后的20年中,一步一步向上攀登至了王座跟前,然后泰然自若地一屁股坐了下去。

1999年,加拿大率先出台了《加拿大环境保护法》,以此来对车辆的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物进行严格控制。同年,美国也推出了第二阶段的过渡性排放法规,根据车身重量、排放物多少进行严格分级,并计划于2004年开始正式实行。而欧洲则在2000年1月发布了将于次年施行的欧III排放标准,其中对车辆影响最大的就是大幅限制了氮氧化合物的排放量。

除了更严苛的排放法规外,欧洲还在1997年颁布了NEDC油耗测试标准,以此来测试车辆的油耗,并推算出汽车的碳排放。正因如此,在排放法规和NEDC的双重要求下,大排量发动机和高转引擎便迎来了末日。

其中,高转速的自然吸气发动机率先灭绝。由于需要很高转速才能爆发出峰值马力的关系,高转速取向发动机的油耗水平普遍要高于同排量的普通引擎,这就导致在同等条件下的碳排放也会更高。与此同时,高转速发动机对排气阻力也有很高的要求,但为了满足相对苛刻的排放法规,车企又不得不使用三元催化来消化大部分有害气体,但同时也限制了发动机高转速下的排气效率。在双重打击之下,高转发动机在21世纪初就几乎绝迹了。

大排量多缸数发动机则倒在了NEDC油耗测试之下。由于NEDC测试包括四个市区循环工况(上图1部),以及一个郊区循环工况(上图2部),同时每个循环之间并没有急加速测试,车辆加速度非常小,相当于用50秒的时间从0加速到100km/h。并且车辆在测试时并不会实际上路行驶,而是放在恒温环境的测功机上运行,消除了风阻、轮胎阻力、温度、路面摩擦力等因素的影响。

在如此缓慢的加速下,天生排量更大,缸数更多的发动机显然会消耗掉更多的燃油去对抗发动机的内在阻力。此时反观小排量涡轮机,匀加速以及较低速度行驶,发动机则会刚好处于低转高扭这个“最省油”的工况。最终,能比同马力大排量多缸发动机取得更好碳排放的小排量涡轮增压机,便压倒性地取得了各大厂家的青睐。

至于上文所说的涡轮迟滞问题,也凭借着21世纪更好的钢材制造工艺迎刃而解。尺寸小巧的涡轮,不仅有效提高了动力的响应速度,同时还将涡轮介入时间从90年代的3000转以上,降至了常用的1000多转,保证了日常行车所需的充沛动力。那么问题就来了,在确定了使用小排量涡轮增压发动机的大方向后,2.0T发动机又是如何一统天下的呢?

虽然在2000年之后,人类基本解决了涡轮迟滞问题,但要想让涡轮高效帮你干活,首先还得让涡轮大哥转得爽才可以。而要想让涡轮大哥转得足够爽快,那发动机的排量必然就不能太少,所以这就奠定了2.0L排量的第一步。

此外,发动机燃烧室容积和活塞表面积所组成的面容比,让发动机拥有了最佳单缸排量的说法。因为如果缸径过大的话,那火焰横向燃烧的路径就会过长。这样一来,在发动机高转速时,汽油被点燃变成火焰并横向填满燃烧室进而向下燃烧做功的效率,肯定是要弱于窄缸径燃烧室的,所以热效率就会受到影响。

正因如此,在面容比被限制的情况下,发动机单缸的最佳排量被定在了0.33-0.5L。而在缸数方面,能在平顺和成本之间得到完美平衡的四缸发动机显然就是最恰当的选择了。自然而然,最终这个四缸发动机的最大排量也就是2.0L了。

并且随着中国市场汽车销量登顶全球,汽车厂家也开始把重心放在了中国。所以自然也要应对根据汽车排量划分消费税率等级的“中国特色”。要注意的是,汽车厂家所标称的指导价中,其实是包含了消费税和增值税的。因此对于汽车厂家来说,在车辆价格不变的情况下,排量越低,车企赚得钱也就越多。并且由于2.0L的排量税只比1.5L高了2%,可2.5L却比2.0L高了4%,那么显而易见的是,2.0L排量的“利税比”(利润和税率)是非常高的。

最后一个让2.0T一统天下的原因,就是随着发动机制造技术的提升,2.0T已经可以爆发出150匹到440匹的超广功率区间了,同时这个动力也可以满足从紧凑型车到大型车,甚至是性能车等多个级别车型。所以能有如此多的车型来分摊一台2.0T发动机的研发、制造成本,那对于以盈利为目的汽车厂家来说何乐而不为呢?

从1885到2021年,发动机在历经了堆排量堆缸数、二战涡轮加持、石油危机洗礼、最后在排放法规、NEDC油耗测试、中国“排量税”、单缸最佳排量、发动机平顺与成本等多方面考量以后,2.0T发动机就这样脱颖而出,并将内燃机世界一统天下了。不过历史的经验告诉我们,再牛X的帝国也逃不过被更替的命运。这不,电动机的刀已经架在2.0T的脖子上了......

如文章侵权,请点击侵权投诉

内容来源于车友头条-车友号-萝卜报告

(本文来自互联网,不代表小猪二手车的观点和立场)