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排量只有26L的发动机却说改到1000匹才及格?深谈传奇——代号RB2

作者:admin发布时间:2019-08-07 19:36

  原标题:排量只有2.6L的发动机却说改到1000匹才及格?深谈传奇——代号RB2

  发动机的诞生促成了汽车的出现。没错!假如没有发动机,汽车其它所有的设计都将失去意义。

  毫无疑问,发动机是汽车产品的灵魂,现代人喜欢将其形容为汽车的心脏,在经历了一个多世纪的发展与改进后,现代发动机设计变得多种多样,它们不仅都能满足汽车行驶的基本需要,还渐渐发展出了各自独特的性格。

  1.直列发动机:最为基础的活塞发动机气缸布置形式,便于安装配气、点火机构,成熟的产品有直列4缸发动机、直列6缸发动机,以及今年越来越多的直列3缸发动机。

  2.V型发动机:V6、V8发动机有成V字布局两排的直列气缸,相比大排量的直列发动机,它更短小,空间上更易于安装。

  3.水平对置发动机:两排直列气缸成水平相对布置,这样的发动机结构重心更低,理论上是最适合跑车的发动机,但是由于有气缸、活塞偏磨,润滑困难等问题,目前只有保时捷和斯巴鲁拥有成熟的发动机产品。

  4.转子发动机:区别于传统活塞发动机,转子发动机的转子结构本身就做旋转运动,体积小、重量轻,同时发动机内部结构简单,但由于转子密封难度大,燃烧不易控制,在拥有恐怖性能的同时,其油耗和可靠性远比不上活塞发动机。

  当然,在一个多世纪的漫长岁月里,无数被设计制造出的发动机并不都那么理想,有无数型号的发动机被时代抛弃,但也有经典越是历经岁月就越显得光芒璀璨,这其中就不得不提到战神GT-R所搭载的那台RB26DETT发动机。

  相信此前,许多人都看过有关RB26DETT发动机的内容,太多的汽车爱好车对于这台发动机有着执念,虽然他们可能不曾开过GT-R,甚至可能没有在现实中听过RB26那低沉的轰鸣声,但这种推崇与尊请来的也并不盲目。

  第一代日产GT-R诞生于1969年,之后便在1969年至1972年间创下了连续50场赛事不败的神话,或许你质疑那个年代日本的赛事含金量,但车系中最具分量的GTR-R32车型登场后,“战神”这一称号就实至名归了。

  1989年登场的GTR-R32车型迅速在日本完成了赛事的29连胜,同时也在国际赛场打的保时捷911、宝马M3毫无还手之力。之所以能够取得这神线项技术:一是ATTESA E-TS四驱系统,二就是今天的主角RB26DETT发动机。

  纯粹为性能而生的GT-R从第一代起便使用了2.0L的直列6缸发动机,而到了R32车型上,发动机升级为2.6L的直列六缸。相比其他发动机结构,直列6缸在运动性方面天生就有着2项无可比拟的优势:

  1.自平衡性:活塞结构的发动机在运行过程中,曲轴要承受活塞所带来的“往复惯性力”和“往复惯性力距”,在结构尽可能的简化的情况下,直列6缸是实现自平衡的最优解。

  2.完美匹配涡轮增压系统:发动机一个循环周期为720度,假设排气门打开提前角为30度,关闭滞后角为30度,那这样一个排气冲程大约为240度,6缸以3缸为一组的排气脉冲恰好可以覆盖整个发动机循环,同时不会产生4缸序列的排气干扰问题。

  深知这2点的厂商当然不只有日产,与GTR在国际赛场打得火热的宝马M3同样一直在使用直列6缸发动机,日系跑车内战中,后来被搭载在丰田“怪兽级”跑车Supra上的2JZ发动机不仅也是直列6缸,其缸盖内的诸多设计甚至都有“借鉴”RB26DETT。

  但为什么战神GT-R能不断以压倒性优势赢得比赛呢?这是因为除了有性能强大的直列6缸发动机外,其电控的ATTESA E-TS四驱系统也功不可没。这套四驱系统让GTR在正常行驶时能拥有等同于后驱车的灵活性,但当传感器检测到后轮打滑时,ATTESA E-TS四驱系统可以迅速分配部分扭矩到前轮,必要时还可以实现前、后轴50:50的动力分配。

  但如果没有RB26DETT无穷无尽的马力,四驱系统额外带来的重量也只会成为负担,原厂280匹、NISMO官方赛车550匹、无限制改装1400匹,这些对于RB26DETT来说都不在话下。“为什么这台发动机能有如此恐怖的动力?”下面我们就一起来分析一下。

  RB26DETT发动机最恐怖之处在于源源不断的马力,但马力具体是怎么获得的,我们得列个基础公式,拆开了细说。

  没有写具体单位因为怕大家看着太累,并且在不同单位下公式的系数也会有所不同。但发动机的马力就是通过发动机转速和在此转速下的扭矩相乘计算出来的,换句话说,发动机的最高转速水平和发动机的扭矩输出能力影响一台发动机的马力。

  我们都知道,普通家用车的发动机红线rpm左右,超过这个转速发动机就会断油,但F1赛车发动机的转速可以达到接近20000rpm,是普通民用车的3倍,假如我们的家用车发动机不断油,是不是就可以通过提高发动机转速来获得更好的动力了呢?

  显然这是不可能的!因为普通发动机在高转速下运行非常容易爆缸!虽然这类爆缸不像电影和动画作品里那样轰轰烈烈,但的确会导致发动机无法运转,车辆陷入趴窝。

  1.腹内零部件强度不足:活塞发动机在工作过程中,活塞连杆结构会不断的做上下往复运动,结构自身要对抗运动产生的惯性力和拉力,转速越快,对活塞、连杆以及曲轴的结构强度要求就越高。

  2.腹内零部件加工精度不足:前面提到,直列6缸发动机的机械平衡性最好,但是这里的前提是所有的零部件都达到完美的加工精度。但现实中这是无法实现的,转速越高,加工精度不足的“缺陷”就会被放的越大,并且对加工精度的要求与提升转速间的关系是成指数级增长的。

  为了能让发动机在更高的转速下运行,并且不发生“爆缸”,就需要使用强度更高的锻造铝合金材质制造的活塞、连杆、曲轴等零部件。与此同时,铝合金的活塞连杆还可以降低自重,减少活塞连杆结构自身的往复惯性。

  锻造的铝合金零部件和普通的铸铁零部件间价格差距有多大呢?我用轮毂给大家举个例子:常用尺寸的7J钢制轮毂市场价格在65到90元左右,而同型号的锻造轮毂,例如RAYS、BBS、OZ这样靠谱的品牌,价格一般在5000到8000元,差价达到近100倍。

  而这显然会造成发动机成本的大幅提升,还没算上为了提升零部件加工精度所付出的成本,所以想过度的通过提升发动机转速来提升马力,其性价比远不如直接增大发动机的排量。

  说完转速的问题,我们再来说说扭矩,提升扭矩的手段也非常多,但本质上并不复杂,就是:提升气缸内的入气量,并保证点火的效率。

  这里不得不提到“VTEC is the best”的故事,本田粉之所以总把“VTEC”挂在嘴边,用一个事实就能够说明原因:代号B16A的本田1.6L自然吸气发动机最大马力160匹,其投产年份为1989年;代号K20C的本田2.0L自然吸气发动机最大马力220匹,其投产年份为2001年。

  升功率超过100匹马力的自然吸气发动机,即便放到如今的2019年性能也极其强悍。本田之所以能做到这一点,除了在一定程度上提升了发动机的转速外,依靠的正是“VTEC”技术。

  VTEC技术通过改变凸轮轴角度,让发动机在不同转速区间里都可以保持最佳的进气效率,从而获得更好的动力。

  高转速区间,发动机需要尽可能大的气门开口,以更顺畅的获得更多的空气,提升发动机的燃油燃烧能力,获得更多的动力。但在低转速区间,如果气门开口过大,反而会由于气门无法形成一定的压力,损失一定的入气量,进而导致低转速扭矩降低。

  所以B16A发动机处于低转速区间时,只有两侧小角度凸轮轴工作,此时气门开口较小,可以保持与普通家用车相同的低转速扭矩;而到了高转速区间,VTEC的电磁阀会顶动摇臂轴将三只摇臂连接,此时位于中间的高角度凸轮轴工作,从而增加气门的开口大小,并调整气门开启时间,以提升高转速区间的进、排气效率,提升高转速区间的动力。

  B16A作为本田第一台使用VTEC技术的发动机,凝结了本田工程师太多的心血, 81.0mmX74.8mm的大缸径短冲程设计有明显的赛用发动机的高转速取向,压缩比也达到了当时极高的10.2:1,VTEC在发动机转速达到4500rpm时介入工作,7600rpm达到160匹的最大马力,并且直到8200rpm才会断油。K20A也不例外,5800rpm时VTEC介入工作,并且直到转速达到8500rpm时,发动机才会断油。

  当然,复杂的自然吸气配气设计能带来的提升依然有限,更粗暴、更有效的方式是采用“增压”技术,比较成熟的技术有2种:涡轮增压和机械增压。虽然原理上有一些不同,但本质都是通过泵气结构向气缸内送入更多的空气,提升发动机的燃烧燃油的能力。

  相比自然吸气发动机,在同样的转速区间里,涡轮增压(或机械增压)的发动机气缸可以获得更多的空气,也就可以完成更多燃油的燃烧,获得更好的动力。同时不需要过度提高转速,自然对内部零件的加工精度要求也就没有这么变态,但同样,大马力车型对于内部零件的强度依然有着较高的要求。

  事实上,在发动机大量采用铝合金制造的环境下,RB26DETT发动机为了保证缸体的强度,依然选择了底子好、刚性高的铸铁材料,这也是它能承受超过1500匹马力的基础。

  没错,同样重量下铝合金的材料比铸铁材料强度更好。但铁的密度为7.85,铝的密度为2.7,在单位体积下,铸铁的抗拉强度可达到1000MPa,而7075号的航空铝合金抗拉强度只有524MPa,虽然此时铸铁材料的重量更大,但两者的体积是相同的。现代汽车更愿意使用全铝发动机很大一方面的原因是:为了在同样参数规格下,可以降低发动机40%的重量。

  凭借着优良的机械结构,RB26DETT发动机既可以达到10000rpm以上的超高转速,又可以通过大型涡轮获取极为强劲的扭矩,这使得它有着近乎无限的潜力,不过你依然需要在腹内强化和配气机构的改装上花费极大的精力。

  过去我看过这样一个问题:“既然小排量车型可以做到大马力,那为什么还需要大排量的汽车?”也正好借此机会,可以和大家聊一聊。

  熟悉赛车比赛的朋友应该都知道,如今的F1赛车使用的是1.6T的V6涡轮增压发动机,马力约为600匹到700匹,GT-R所搭载的RB26DETT也有许多超过1000匹的改装案例,既然这样的“小排量”发动机都可以做出0-100km/h加速仅2秒的怪物,还可以降低发动机的重量,为什么超级跑车还要去使用3.8T的涡轮增压发动机或者6.2L的自然吸气发动机,甚至一台普通的中级车也要使用2.0T的涡轮增压发动机。

  前面我们提到过,过度的提升发动机转速需要付出极大的成本,但即便抛开成本问题,去想考量一台民用发动机产品够不够成熟,只看发动机的动力表现也过于片面。

  赛车发动机的开发更重视超过5000rpm的高转速区间的动力表现,而民用车发动机大部分时间仅工作在3000rpm以内的低转速区间,这就要求发动机要有良好的低转速扭矩,而这样的需求与高转速动力恰好背道而驰,虽然VTEC和其他各家的可变气门升程技术可以改善这样的矛盾,但包括排气歧管布局、气缸形状、涡轮大小在内的各种设计上必然还是要做出妥协。

  同时,民用车对于油耗的问题也更加敏感,近几年最为轰动的发动机有2款(感兴趣可以点击这里了解详情):

  1.丰田的2.5L Dynamic Force Engine:其热效率达到了极为恐怖的41%,搭载它的汽油版凯美瑞车型百公里油耗仅为6L,混动版车型百公里油耗仅为4.1L。

  2.马自达的Skyactive-X发动机:也就是二代创驰蓝天发动机,在汽油机上实现了均质压燃(HCCI),热效率超过50%,马自达宣称这代车型的百公里油耗将低至3.3L。

  而F1赛车的1.6T发动机百公里则需要50L燃油,超过1000匹的GT-R油耗甚至更高,这样近10倍于主流民用车的油耗水平显然无法被消费者接受。所以现如今的主流超跑车型,也尽可能的将日常行驶的百公里油耗水平控制到了20L以内。

  迈凯伦的首席执行官Mike Flewitt说:如今的超跑已从“马力竞赛”变为了“轻量化竞赛”。即便是超跑,在如今的技术水平下,单纯的对比极限动力数据也早已失去了意义。

  作为一台成熟的民用发动机,其油耗、NVH水平、低转速区间动力的充沛性以及动力输出的平顺性都非常重要,而这就需要发动机有足够的排量,在保证动力和可靠性的情况下满足工程师更多的设计需求。

  当然,我们自主品牌的发动机还处在“以超跑的油耗水平勉强追赶主流发动机动力参数的状态”,如果燃油发动机依旧有未来,那国产品牌对于发动机技术的研发依然任重而道远。

  其实,不论是RB26DETT发动机,还是前面我们提到的B16A、K20A发动机,都是落入凡间的赛道级产品,他们见证了JDM时代的疯狂,但也因为这种疯狂与追求整体经济性的民用车技术背道而驰,最终渐行渐远。

  现在,如果你问我:“JDM时代为何这么疯狂?”或许我只能告诉你:“是因为傻吧。”

  GT-R的GT代表着Gran Turismo,意为伟大的旅行,源自60-70年代人们对于汽车可靠性的向往;R代表着Racing Sport,意为赛车运动,表明了这台车对驾驶最纯粹的追求;就连RB26DETT发动机的RB也代表着Racing Basic,意为赛事标准,这里的一切都不涉及“金钱”,这里的一切都只起源于“梦想”。

  这里是资深编辑岳阳,就让我们用“JDM的情怀”为今年开个好头,祝大家新年快乐,也愿我们每个人都能不忘初心,继续追寻在梦想的道路上。返回搜狐,查看更多