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保时捷2.9T为何比3.0T的动力还大?排量更低为什么马力却更高?

相对而言,的功率与排量之间关系紧密,排量越高、功率越大,至少在自然吸气领域这种认知并不算错;但在涡轮增压领域中,决定发动机功率大小的因素已不仅仅是排量、转速,如所使用的2.9T、3.0T发动机,两者都是EA839,但2.9T功率、扭矩却都比3.0T更高。

EA839是奥迪与保时捷联合研发的机器,有两个版本分别为3.0T与2.9T,3.0T最高版本为340匹、扭矩500牛米,而2.9T最高功率为450、扭矩600牛米;那为何排量更低的2.9T在动力方面却更强呢?这其实就是涡轮增压发动机的特性,发动机每循环的实际进气量已经不完全由的物理容积决定,每循环能送入气缸多少空气,取决于增压系统所提供的压力大小。

这就是一些1.5T发动机动力比2.0L、2.5L甚至2.0T还大的原因;可能有些朋友会觉得保时捷用2.9T发动机是为了降低排量所带来的稅?而实际上无论是购置税、车船税,排量3.0L与2.9L是完全一样的,所以使用2.9T是为了避税的说法是不严谨的;那么2.9T的发动机为何比3.0T发动机的性能还要强大?涡轮增压起到了哪些作用。

每循环进气量决定动力

无论自然吸气、涡轮增压发动机,甚至工业生产中所使用的锅炉,其获取动力的原理都是一样的,燃烧室获得更多的空气、烧更多的燃料、获得更高的动力;只不过自然吸气发动机受制于气缸的物理容积,如一个0.5L容积的气缸,每循环最多能填充0.5L体积的空气,因为自然吸气发动机利用下行产生的负压去吸气,所以空气吸入量必然不会比气缸的物理容积更大。

所以过去的自然吸气发动机想提高动力,可以提高排量、比如 锐志 ( 参数 丨 图片 )2.5L镗成3.0L,要么拉高转速、在单位时间内增加做功次数,相对而言功率不容易榨取;但引入了涡轮增压系统之后,增加每循环的进气量就变得更加容易,涡轮增压进气量=负压吸入+增压系统压入空气,所以涡轮增压发动机即便排量不大,但其每循环进气量也可以很大,当然具体看涡轮增压系统能够提供多大的压力。

EA839发动机2.9T与3.0T结构上的差异

因为是同平台的产品,所以2.9T与3.0T的结构差异不大(如上图所示),同为90度的V型夹角;缸径同为84.5毫米、缸心距同为93毫米,活塞行程存在3毫米的差异,2.9T活塞行程更短为86毫米,3.0T为89毫米;其次2.9T发动机采用并联双涡轮,一般来说V型发动机因为有两个独立缸盖、配气系统,所以一侧一颗涡轮的设计更为简单,当然2.9T的两颗涡轮并没有布置在缸体两侧,而是布置在了机器的夹角中(如下图这种布局)。

当然双涡轮增压并不仅仅是并联,对于很多直列发动机而言,两颗涡轮(大、小)是串联到一处的,比如2jz、RB26等等,当机器转速低、排气压力低时先推动小涡轮(封闭大涡轮的进气通道),从而减少涡轮迟滞的产生,而转速拉高后、更大的排气压力会同时推动两颗涡轮,当然因为直列6发动机往往只用一组排气歧管,所以串联双涡轮往往把机舱弄得管路密布,设计、拆装都费劲,当然现在L6、配双涡轮的机器并不多见,所以这种串联双涡轮也就很少见了。

3.0T的EA839只有一颗大涡轮,涡轮也是布置在90度的V型夹角之中,如上图所示;采用的是单涡轮、双涡管,这种Hot V结构可以让各种零部件的布置更加紧凑,甚至可以直接把三元催化器也布置在V型夹角中;双涡管设计是为了减少排气干涉,提高涡轮系统的响应速度,这就好比4缸机中的4-2-1排气歧管一样,都是提高排气效率的方式;现如今大部分增压发动机都是采用双涡管设计。

2.9T与3.0T性能差异为何那么大?

实际上0.1L的排气量对发动机性能的影响是微乎其微的,即便自吸发动机也是如此,比如日产VQ35HR与VQ37HR,性能方面的差异很小,远没有转速、增压产生的影响大;所以这2.9T的EA839发动机之所以性能更强,主要原因就在于涡轮增压系统所提供的压力值更高,使得每循环所获得的进气量更多,进气多所能烧的油就越多,所产生的能量也就越多,所以功率、扭矩都得到了提高。

EA839 3.0T (340匹)涡轮增压系统所能提供的压力仅为1.0-1.2Bar左右,2.9T发动机涡轮增压系统所能提供的压力达到了1.6Bar,当然如果压力继续提高,峰值功率、扭矩也会提高,这就是涡轮增压系统容易榨取马力的原因,理论上可以灌入气缸无限体积的压缩空气、烧多的燃油,当然这仅仅是理论上的;实际上市面上的一些高性能涡轮增压发动机,增压系统最大压力都在1.6-1.8Bar左右,比如奔驰2.0T的M133,压力值已经达到了1.8Bar,所以功率达到400匹。

而通用2.0T(279匹)压力值为1.3Bar,这其实就已经很高了;而市面上大多数涡轮增压发动机增压值一般在0.6Bar-1.10Bar之间,而2.0Bar以上的在民用车领域几乎没有;所以增压系统能提供的压力值更大,就是2.9T比3.0T性能强的原因!当然网络上刷刷程序就能提高涡轮增压机功率的说法也是算是合理的(超过上限需要换涡轮),当然原厂参数肯定最合理、不建议自己刷,尤其是采用开放式水道设计的缸体(如上图所示),抗压能力不强,而封闭式缸体要强许多。

2.9T的排量为何少了0.1L?

既然在稅方面、缸体结构方面,2.9T与3.0T完全一致,那2.9T为何少了0.1L的容积?实际上因为2.9T增压系统所提供的峰值压力要更高(2.9T低功率版本也是1.0Bar左右),所以一部分零件得到了强化;比如2.9T的曲轴要更粗壮,直径增加了两毫米,从而使得曲柄销间距被缩小,所以活塞冲程的长度被占用了3毫米,从89毫米下降到86毫米;气缸是个圆柱体,圆柱体的体积计算方式为底面积*高,而行程就是圆柱体的高,行程缩减了3毫米,排量(体积或容积)也就自然而然的下降了0.1L。

总而言之EA839发动机2.9T之所以性能更强大,在于其增压系统提供的压力值更大,当然并联双涡轮也是一方面(单颗大涡轮也能提供高增压值);排量上少的0.1L则是被强化后的曲轴所影响,只不过0.1L的排量差异无论自吸机还是涡轮机都不会有太大的差异;改变增压机性能的关键点还是在于涡轮系统提供的增压值,增压值越大所产生的功率与扭矩就越大。

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