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    自然吸气、涡轮增压和电动汽车的加速感,为何会完全不同?

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    天和Auto2022-07-10

    特点概述:

    1. 自然吸气加速绵密,慢
    2. 涡轮增压加速暴躁,冲
    3. 电动汽车性能强劲,平顺

    为什么会有这种差异,作为性能强劲的电驱动系统,又为何能做到平顺?

    这是本篇要讨论的话题。

    自然吸气发动机的加速感确实更加绵密,加速过程是一条线性上扬的曲线,过程中的每个转速区间都会足够平稳;而之所以能够实现这种加速感,核心因素是“扭矩的弧形曲线”,参考下图。


    扭矩曲线是一条弧形曲线,由低至高再由高至低,这就是加速绵密的核心因素。

    • 扭矩×转速÷9549≈功率
    • 功率×1.36≈公制马力

    公制马力1Ps等于七十五公斤力,概念为驱动75公斤的物体每秒移动一米;在质量(重量)不变的前提下,马力越大当然车速越高,在一个区间内,马力的线性上涨就等于车速的线性加快。

    转速的升降是绝对线性的,那么只要扭矩的升降也是线性的,加速自然会足够平顺;扭矩和转速是相乘的关系,两者有一个增长就能够提升动力。


    自然吸气发动机的扭矩会有个下滑的过程,不过所有类型的内燃机都有这个特点;一般在1000-4000转区间扭矩呈线性上涨的趋势,超过4000转之后就会回落,原因主要是转速太高,发动机进气冲程时间太短,进气量和喷油量都会因过高的转速而缩减,可燃物的量的减少等于做功时转化出的“能量”的减少,扭矩也就会随之降低。


    在这个过程中是“扭矩-&转速+”,两者还是相乘的关系,扭矩下滑的速度和程度不大,转速升高提升单位时间内做功的频率更多,功率整体还是上升的;所以这个区间的加速过程还是比较绵密的,只是加速感不够强了。


    涡轮增压发动机的加速为何会感觉到“冲”(chòng)呢?

    原因也在于扭矩,这里所谓的“ 冲”其实还是指动力强,而且有些发动机会出现一个“忽然加速”的冲击感。

    涡轮增压器是空气压缩机,依靠自然吸气发动机运行时产生的排气来驱动;内燃机的排气量很大,每分钟可排出数百升的废气,在狭小的排气歧管里会形成很大的压力,高压气流会让增压器的涡轮以很高的转速运转,重点是在很短的时间内让涡轮达到很高、再到最高的转速。


    涡轮增压器一旦达到最高转速并且不变,这样就能稳定地吸入与排量相等的空气量,喷油量会始终达到自然吸气发动机最大扭矩的那个标准。

    也就是说此时的涡轮增压发动机的进气量和喷油量是最大的、也是不变的,扭矩自然也不会变。

    对应的就是“最大扭矩转速区间”的概念,大部分涡轮增压机都能够在1500-4000转区间维持最大扭矩运行;而感觉到“冲”则是因为扭矩升高的速度太快,自然吸气发动机的最大扭矩一般在4000转左右的某个转速节点达到峰值,1000-4000转的升转速加速过程的爆发力会弱一些,而且需要一个过程。

    可是涡轮增压发动机却把升至最大扭矩的范围和时间压缩到1000-1500转,所用的时间太短,扭矩提升的速度和程度太大,起步加速时就会感觉到有些“冲”。


    但是,在发动机达到最大并稳定最大扭矩输出的转速区间里,以及因高转速导致扭矩开始下滑的区间内,这个加速过程就会变得线性;因为扭矩一点不变了,功率和马力依靠着转速的提升而提升。

    所以涡轮增压汽车只是起步加速瞬间会感觉到有些暴躁,正常驾驶过程中的加减速体验还是很好的。


    电动汽车性能非常强悍,可是为何加速感会非常平顺呢?

    还是得从扭矩的角度来解读。

    涡轮增压如果能从起步瞬间就输出最大扭矩,那么就不会有1500转(举例)这个节点的冲,因为从起步就是依靠提升转速来提升车速;但是燃油汽车的内燃机做不到在起步时输出最大扭矩,增压器的涡轮总还需要内燃机提升转速、提升排气量来达到最高转速(对应最强吸气和压缩空气的能力)。


    可是电动机却能够在起步瞬间就输出最大扭矩,因为电机的扭矩依靠输入到绕组的电流形成的电磁场来转化,电流的速度仅次于光速,严格来说是电场的速度;不过不论是什么概念,电动机都可以在起步瞬间依靠最强电流输出最大扭矩。

    在缓慢加速时为扭矩和转速的同步线性提升,状态等同于自然吸气。

    在急加速时为扭矩不变、转速线性增长,状态等同于涡轮增压恒定扭矩的状态。

    这就是电动汽车和插电混动汽车的纯电模式,以及采取直驱模式的插电混动汽车可以兼顾平顺加速和强劲性能的原因。



    编辑:天和Auto-汽车科学岛

    天和MCN发布,保留版权保护权利

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