Bottom Rumors

Bottom Rumors插图

让大家久等了。

看了标题大家不用挠脑袋，也不用先去搜索，先继续往下看。

Rumors不是某辆车的名字，Rumors is the rumors that we just wanna bottom。

（那位胖友先不要冲动，把板砖放下来先好么，有话好说。之所以本期没有去试车，是因为12月大家都太忙没排好档期。）

本期我们主要想Bottom一些传言，想法最初来自于某以数字命名的Review的主持人飘逸的发型给我们留下的不可磨灭的印象，当然有其中一些观点我们也比较感兴趣也想探讨一下。如果你感觉本期有些内容有些刺（da）激（lian）的话，就当是随便聊聊而已啦，不要太在意那些细节啦「好吧，其实，我们目的就是想要刺（da）激（lian）」！

于是我们的经常携手亮相搭档回答汽车领域的一些热门话题的BG成员（头发不长但定语一定不要更长）@张文川，@Sleepy Lin 来聊聊直喷，增压和进排气。

或许，我们还可以聊聊人生吧。

关于直喷那些事

在汽车上，发动机缸内直喷其实是一项既古老又比较新的技术。

早在1954年，下面这辆车，让人眼前一亮的除了它的开创时代的鸥翼设计外，还有其配备的发动机缸内直喷技术让它在那个年代就具备了百公里加速10秒，最高车速260公里每小时的野心。

Bottom Rumors插图1

当然，其配备的缸内直喷技术是机械式的，属于上古时代的技术。现在流行的都是电控缸内喷射技术，这也是为什么说缸内直喷是比较新的技术的原因。

好啦，言归正传，我们还是由@张文川聊一下直喷的那些事吧，尤其是一些观点。

听说不带分层燃烧的直喷发动机不省油，动力没有提升，油耗，排放和均岐管喷射一致，这是真的吗？
大家都知道主流直喷汽油发动机有两种：
缸内直喷稀燃汽油机和均质当量比直喷汽油机。
(@无往人肉举牌滚屏字幕：汽油发动机燃烧时的空气与汽油的理论质量比为14.7，稀燃指空燃比大于14.7的燃烧情况。均质当量比指空燃比为14.7并且油气充分混合均匀）

大家常说的采用分层燃烧的发动机属于前一种，但因为分层燃烧很难满足日益严格的排放标准所以又有了后一种。

分层燃烧能提高燃烧效率，提升动力，节油大家应该都没有异议，毕竟某厂宣传了很多年了。

但是没有分层燃烧的均值当量比直喷汽油机省不省油呢？也省，就是没有分层燃烧省得那么多。

原理上来说就是燃油在缸内雾化吸热使缸内温度降低，相应的充量系数可以提高2%~3%，动力相应就有所提高，同时爆震倾向降低，压缩比可以相应提高1~2，从而可以获得5%~10%的燃油经济性的提升。
（@无往人肉举牌滚屏字幕：充量系数后文会有@Sleepy Lin 详细解释）

有人可能会问某厂的发动机在国外有分层燃烧，到了国内取消了，是不是可以说某厂的发动机直喷没效果。

对于这个问题其实前面已经提到了，但凡缸内直喷肯定能起到降低缸内温度的作用，即使没有分层燃烧，多少都是能提升动力+省油的。

所以说没有分层燃烧的直喷发动机不省油动力没有提升是谣言。——by@张文川
还听说只有低温（零下20，30℃）时直喷省油，进气温度高时直喷费油，因为发动机为了降低缸内温度多喷油，油耗能差7-9L/100km，这是真的吗？
首先发动机标定一般都是在进气温20℃~25℃，水温88℃左右进行的，所以理论上发动机在这个温度下工作才能达成理想的动力输出和燃油经济性。进气温度和水温改变后发动机会根据传感器数据进行各种温度补正，以达到和标定时温度相近的性能和油耗。

所以说零下二三十摄氏度的时候直喷发动机才省油的说法在我看来简直就是笑话……先不说零下二三十度如果发动机没标定好冷启动都不一定启得起来，光因为低温下有EGR的机器因为低温下冷凝水腐蚀阀门的原因要把EGR关掉这一点点火时期就要迟角造成性能降低油耗增加……

另一个荒谬之处就是夏天油耗比冬天高7-9L/100km……如果是同一台发动机同一种驾驶模式冬夏季油耗能差这么多这台发动机一定是不良品……为什么这么说呢？假设这台车的冬季油耗是9L/100km，极端状况下油耗在夏天提高了100%……整整100%啊……按题中夏天多喷油降温的逻辑的话假设冬天空燃比在某转速负荷是14.6，那夏天同一转速负荷下空燃比就是7.3……这种空燃比下发动机能点着火就是奇迹了……当然这只是假设下的极端状况，但是平均油耗能提升这么多你说这台发动机没漏油我也是不信……

当然，一般工程师水平正常的厂商在夏天进气温高的时候只会把点火时期迟角而不是多喷油，起码丰田是这么干的。我想在各种补正参数中，多喷油这种补正大家应该都是在不得已的情况下才会采用，当然如果真有厂商因为进气温高就这么干我也无话可说，不过我劝你千万别买那家的车子。

综上这个说法基本上也是谣言。——by@张文川

无论是直喷发动机还是进气管喷射发动机，在进气温度升高时，都会带来动力输出下降的趋势。一方面是进气温度高，充量系数的下降导致动力输出下降；另一方面进气温度升高，发生爆震的倾向也是增加的，动力损失的倾向也会增加。

放到实际的驾驶行为中，同样的路况，当进气温度升高，动力就下降了，驾驶员感觉到了动力不够了，肯定会加大油门以提升动力，这时发动机肯定会发力保证足够动力，甚至会使进入动力加浓（空燃比小于14.7）的工况。这应该才是实车在进气温度高时油耗增加的原因，马儿不吃草怎么跑？——by@无往

热情大家难把持，单却怨我喝多了，怪我咯？——直喷发动机君。
我又听说直喷比歧管喷射积碳快十倍，还有视频有真相！

如果是一名工程师说这种话，我敢保证他分分钟不要被BOSS喷得太爽……

请问是在何种工况，何种驾驶模式，何种环境，用何种燃油来比较的呢？他又是如何选择比较的两台发动机的呢？选择的依据是什么？两台发动机行驶公里数是否相同？积碳速度是如何计算的？

如果他不能回答以上问题，你可以判断他基本是在扯淡。

直喷发动机不能用燃油清洗进气门，稀薄燃烧容易因为燃烧不充分产生颗粒从而造成直喷发动机积碳快是事实，但是驾驶习惯，油品，环境也对积碳的形成有很大影响，因此你不控制变量根本就没法做比较。

更何况现在丰田有D4S这种歧管喷射+直喷的发动机存在，进气门处的积碳形成速度可以说和歧管喷射发动机差别并不大。

所以，十倍这个数字又是怎么来的？

（@无往人肉滚屏：曾参与跟踪和解决过积碳问题的解决，那简直不要太酸爽。导可能致积碳的形成的原因倒追回去会发现丛林一般，如果拿几个活塞比划比划就分析得出数据和结论，我只想说，好想拜倒膜拜大神！）
国内油品稍差，但没差厂家说的这么多，所以积碳和我国油品的关系不大……

话说你到底是哪里听说的这些东西……那人说话敢不敢稍微负责点……

哪家厂说我国哪里的油品差多少？比的是什么指标？

先不说我国幅员辽阔，各地油品都不一样（别和我说国标，地方如果都能按国标做我国早就成为工业强国了），个体加油站的油品和两桶油也完全不一样，他怎么就敢说积碳和我国油品的关系不大了？他去全国各地做过油品检测吗？不巧的是我司正好做过，各地油品的差距不是一般大。最夸张的地区硫含量是国标的三倍还多，有的地方硅超标，还有的地方辛烷值和汽油标号能差3，更有些地方汽油里还有大量苯胺能让你的车在3W公里就堵喷油嘴你怕不怕？所以说积碳和我国油品的关系不大到底是怎么得出来的结论？——by@张文川

积碳的直接原因是燃烧不好。任何导致燃烧不好的因素都可能是导致积碳的原因，燃油品质差会最直接导致积碳的可能性增加。——by@无往
某田的D4S是脱裤子放屁，大炮打蚊子……

某田使用D4S的目的是在直喷燃烧效率不好的冷启动和低转速低负荷工况下切换成歧管喷射改善启动性和排放，以及在某些工况下减少颗粒物的产生，如果这种今后的主流发动机喷射方案都是脱裤子放屁，大炮打蚊子的话说这话的人可以认定基本是不太懂发动机的……
（@无往人肉滚屏：好吧其实真不是打广告……）

关于进排气那些事

在@Sleepy Lin 和大家聊聊进排气之前，为了方便大家理解，让大家对气体的流向有个大概的理解，无往从网上搜了一个图。如下，蓝色的为燃烧之前的空气，红色为燃烧后的高温废气，箭头表示流向。当然如果有胖友对发动机有更多的了解，我相信你一定还能从图上看出，这是一款V型发动机，并且配备EGR（废气再循环）技术和可变进气歧管技术。好了，下面时间交给@Sleepy Lin。
Bottom Rumors插图3
对于普通的自然吸气(NA for natural
aspirated)发动机顾名思义，活塞下行造成缸内压力小于大气压力的状态，空气就在此作用下涌入进气管。空气最先要经过谐振腔进行降噪，然后进入空气滤清器（AIR FILTER，上图蓝色网格框)，之后进到进气总管里，通过节气门（ETC THROTTLE BODY)来到进气歧管当中，在进气门的控制下流入对应的缸内，燃烧后通过排气门排出到排气歧管，流到排气总管，经由三效催化器（上图红色网格框）和消声器处理排放和噪音问题，然后排到大气当中，这是一个基本的流程。我们来看看一些有趣的观点。
（@无往人肉滚屏：上图中的最上面的红色的那根为EGR的管，中间的蓝色的几根组成”m”字的管为可变进气歧管技术多出来的，刚才上面那段话的描述中不用看他们，剩下顺着箭头看就是啦）

“因为进气歧管是塑料做的，一般硬度有一定的要求，发动机进气是负压的，塑料管太软会被吸瘪。”

进气歧管的材料有金属，也有塑料，如今塑料用的较多，尽管并非万能，但优点非常明显，轻、集成。

塑料歧管的材料一般是PA6或者PA66。比如PA6GF30，是尼龙与玻璃纤维的合成材料。常温状态下抗拉强度、拉伸强度爆表。当然在高温状态下塑料性能下降非常快，确实因为发动机附近热量聚集会加热气体，但进气温度和大气温度相比并没有高太多，不至于到影响塑料性能的程度。

我们来看看发动机缸内的负压一般是多少？

上图为发动机的内压力图，负的压力大概为0下一点点，不到1Mpa。那PA6GF30呢？

弯曲和拉伸模量都在6000MPa 左右。当然，令这种材料发生明显形变的压力会低于这个值，但是，无论如何，两者相比，缸内负压根本不是一个数量级的选手。

小伙伴们，你们说进气歧管能不能够被吸瘪？
（@无往傲娇滚屏插播：进气歧管被吸瘪的没见过，但空气滤清器连接进气歧管的进气软管被吸瘪倒是见识过！）
“转速越高充气效率越低”？
我们先来看看，什么叫充气效率。
充气系数又叫，充量系数或容积效率（Volumetric efficiency) 。进入气缸内的空气Vair，由于各种零部件的热传导热辐射，温度会有所升高，体积会膨胀到V2，如果我们把这部分气体换算成在进气管的压力、温度这样的状态下的话，它的体积V1实际上是没那么多的，V1和V2的比值就是充气系数。通俗的说，它实际上是一个评价换气过程完善程度的一个参数。但这个参数，对进气门开启时进气口处压力、新鲜空气在进气过程中的加热状态、缸内没被排干净的残余废气等等比较敏感。

那它与发动机转速一般是什么关系呢？这个玩意又有什么用呢？先上两张图。
（还记得之前关于直喷那些事里面有提到这个东西么？）

充气系数是衡量发动机进气过程完善程度的重要参数。充气系数愈大。表明进入气缸内的混合气或新鲜空气的量愈多，发动机发出的功率愈大。从上面两张图的关系其实就可以看出，发动机的平均有效压力（BMEP）的随转速变化的变化波形是一样的。

关于“转速越高充气效率越低”，在前面充气系数的图里也可以看到，确实曲线有波谷，但高转速会重新得到改善，所以这个说法并不全对。
排气歧管做得弯弯曲曲是为了尽量做到等长？

四缸排气最终汇总到一个总管里，四根歧管根本就做不到等长，因此我觉得“排气歧管等长”这是一个比较傻的命题。

随意一搜，有等长的吗。最中间拧成麻花的那个，是谁的快来认领！说你呢，把（B)妹(M)王(W)。

好吧我不是故意调皮的，我知道“排气歧管尽量做到等长”，实际上是说对应的气缸歧管等长，但一般高性能车采用“等长”的形式这句话我觉得就是在打把妹王的脸。

排气歧管的长度设计不是个简单的命题。

进气冲程、排气冲程中，气体能够达到的最高速度差异比较大，排气流速通常最高可以达到300~400m/s，而进气流速最高只有这个的一半左右。需要注意的是，三四百米每秒并非意味着超音速了…前面提到声速和当地的温度有密切的关系，即使这里排气流速能达到这么高的水平，也只有当地声速的一半左右，我们平时说声速大约是340m/s，是以我们的常温状态来看待的。以6000rpm计，一个冲程的时间是：

60/6000/4=0.0025s

假设歧管有0.5m长，350m/s的速度其实只需要0.0014s的时间。

当然，气体不会一直保留这么高的速度，不过歧管的长度在这种流速下，影响似乎不大。

但是，别忘了我们的排气提前角和迟闭角。四缸机的点火顺序是1342,假如 3号气缸在膨胀末端提前打开排气门，此时1号处于排气冲程末端；3号进入排气冲程以后，1号的排气门还处于晚关的状态，此时两个气缸的排气门都打开了，气体在排气总管汇总，不可避免的会形成影响。假如3号气缸的气流在此遇到1号气缸的波峰，则对3号来说会形成排气阻碍。所以设计的时候有时比较喜欢把没有排气重叠的1、4两缸，2、3两缸接在一起，然后再汇总到总管里。

但也不是所有的干涉都是不好的状况。

不上推导过程了，流速越高压力越低这个现象是以伯努利方程为支撑的，我知道很多时候大家直观的印象在于“高压水流流速喷的很快啊，喷的越快压力越大”，这种状况是因为我们迎着流体的正面去接受它的动能，但实际上在流体内部并不是如此。

我知道这样理解不严谨，但足够简单：微观上的分子总是会从密度高的地方运动到密度低的地方，流速快的区域，分子流失的速度也非常快，那么就有更多的分子会以很快的速度来填补这个区域，宏观上就表现为该区域压力小，别处的流体流向该处。

1缸在排气末尾流速、压力低，但3缸开始排气流速、压力比较高，经过总管时，流速总体会高于1缸，此时总管压力小于1缸，会对1缸形成一个引射作用，从1缸吸出废气，减少1缸的残余废气。

综合以上，不同缸的排气歧管可能会在总管里形成干涉，但绝不是什么这个歧管的废气跑到另一个歧管里找另一个歧管的废气玩，流速不同方向不同做不到啊亲废气难道真的那么萌吗。我想，有着飘逸的发型节目主持人一定是故意这么说的，目的是为了给大家带来欢乐。

如何避免排气重叠，让各缸避开相互之间的排气波峰，不使其形成排气阻碍，又能利用好排气引射作用，并没有那么容易。再者，也有利用排气脉冲能量的系统，需要将排气歧管做的短而细、容积小，就更复杂了，在此不提。

排气歧管的长度相当有讲究，“等长”二字不足以说明其内涵。

（@无往滚屏插播：关于排气，如果想了解更多，请点击
汽车排气双边双出、单边双出、单边单出除了外观上的差异还有哪些不同？ – Sleepy Lin 的回答）
关于排气系统的其他一些“小事”。
节目里还有一些其他有趣的观点，限于篇幅，这里不多说了，这里简单总结一下。

进气系统里的谐振腔和排气系统里的消声器是类同的，都是为了减少噪声；节气门和三效催化器是类同的，给气流阻力，不多但通过气流谐振给发动机性能造成较大的影响。

空气滤清器与三效催化器确实是有自己主要的用途的，但也都能为降噪所利用，摘除消音器悦耳之，确实不会提高发动机的性能，但也不意味着消音器不足以影响气缸内部环境。能够给气体的流动带来影响的环节，都能够通过充气系数、残余废气这样的杠杆去影响发动机性能。

而至于排气能量，一点都不可能是完全废弃的能量，它是发动机技术当中最有潜力最值得利用的能量之一。

（@无往滚屏插播：关于排气能量，感兴趣可以点击内燃机废气的能量可否回收用来做功？ – 无往的回答）