涡轮增压真的省油吗?看砖家肿么说---
▍本文来源于车聚网,作者魏东升,在此感谢!
宝马在1973年将一台KKK涡轮机装进了2002车型中,让涡轮增压车型名声大噪,于是涌现出众多的跟随者。涡轮增压发动机之所以一直受到热捧,车企的解释是不仅马力大,而且更省油。但这并未得到业内的一致认可,所以涡轮增压和自然吸气谁更省油的争执从未停止过。
1.涡轮增压的弊端
表面上看涡轮增压发动机有诸多优点,利用废弃驱动,基本没有额外的能量损耗,便能轻易地创造出大马力。不过在大多数情况下,事物都遵循着这样一条规律:鱼和熊掌不可兼得。这点在涡轮增压发动机上体现的很明显。殊不知,为了扩大输出功率,涡轮增压发动机在其他很多地方都做出了牺牲。
开过涡轮增压车的人应该有这样的感觉:低速扭矩时响应比较差。这和涡轮介入的延迟性不是同一个概念。为何?众所周知,发动机的压缩比的上限相对固定,这是由爆震决定的,就是说如果压缩比过高,容易导致气缸内混合气体燃烧不充分,且燃烧之后气温很高,造成“敲缸”现象。
而涡轮增压发动机正是利用短时间内将混合气体挤压到气缸内,所以为了推迟爆震的产生,只好降低压缩比。在低转速运转时,增压器不介入工作,而发动机的压缩比又较低,这时动力性则比自然吸气发动机更弱。不光如此,发动机的理论热效率其实取决于压缩比,压缩比低则热效率就低(见下图公式)。所以,涡轮增压发动机的热效率相对偏低。
低速时动力比较弱,难免让人感觉不爽,于是就想踩下油门。这时问题又来了。踩下油门后发动机转数、增压器转数、吸入空气量、尾气排放量等都相应增加了。那么排气门、排气歧管、涡轮增压器等温度也会升高很多。本来热效率就不高,而这些零部件温度很高又消耗一些能量。根据能量守恒定律,对于是否省油这个问题,你们懂的。
我们曾做过一个实验,分析两台分别为1.8L和1.4T发动机的燃油消耗(见下图)。
在上面这个图表中,各取几个工况点(2bar/2000rpm, 3bar/3000rpm和5bar/4000rpm),这些工况点分别为车辆在低速低工况、中等工况和高速工况的运行点。可以看出增压发动机的燃油消耗比自然吸气的发动机要高。
为何出现这种情况?和上面说的差不多,主要由于增压发动机压缩比较低(左图发动机压缩比为10.5,右图发动机压缩比为9.2)、较高的泵气损失(约1%-2%)和较高的涡轮迟滞等。除此之外,小排量涡轮增压发动机还需要较大的机油流量(活塞冷却、增压器冷却、凸轮相位调节等),损失约2%。
通过对比几组不同的增压发动机和自然吸气发动机,其实都可得出类似的结论。不过上述对比没有考虑到不同工况点的负荷变化,因此上面的图表还不能准确描述增压发动机的油耗潜力。也就是说涡轮增压发动机不省油这个结论并非完全成立。
为了得出结论,我们又做了另外一个对比测试,即相同扭矩情况下的油耗对比(见下图)。
从上面这个图表看得出,相同扭矩下,轻负荷增压发动机油耗能够节省4.2%。燃油消耗趋势随发动机转速和扭矩的增高而下降。上面图表还能看得出,燃油消耗的优势主要取决于扭矩,转速的影响较小。
但只有达到一定扭矩,增压器燃油消耗的固有的缺陷才能得到补偿。也就是说,增压发动机油耗在低速高负荷时才能够发挥优势。
2.小排量增压发动机更省油
如上面所说,涡轮增压发动机是否省油取决于发动机的扭矩。这就又产生了一个问题,多大的扭矩才省油呢?对应的增压发动机又该是多大的排量呢?为了进一步搞清这个问题,我们选取4种不同自然吸气排量发动机(1.4NA、1.6NA、1.8NA、2.2NA)与1.4涡轮增压发动机进行对比,采用自然吸气排量与增压发动机的排量的比值作为对比常量。
从上面图表可以看出,增压发动机与等排量的自然吸气发动机被证实没有油耗贡献。相反,平均油耗还高出8%-10%。这种差异则被认为是纯粹的性能上不同。随着小型化因素的提高,增压发动机燃油消耗率逐渐低于自吸发动机。如果下一代自然吸气发动机属于大排量发动机系列,那么采用增压就可以获得燃油消耗率的优势。因为每一个系列发动机都是按其最大的功率设计的,因此某一发动机系列到更大排量的发动机系列附加损失也在增加。
小型化系数从1.3开始,有一个增压发动机达到较低燃油消耗率大区域(图中绿色部分面积加大,表明增压发动机低油耗优势明显)。也就是说同样扭矩输出情况下,增压发动机与其排量比为1.3倍的自然吸气发动机具有可比性,在这一平台论述增压和自然吸气也才更有意义。
然而,这还并非最准确的。发动机是搭载在车上行驶,因此衡量油耗多少时还必须和整车匹配。
图中是1.4T发动机匹配整车之后,按照新欧洲行驶循环NEDC标准运行,并计算出各区域燃油消耗占整个循环工况的比例,同时用等功率曲线标出了整车需求的行驶功率。
综上可以得出结论:在最大扭矩相同时,小排量涡轮增压发动机确实比自然吸气更省油,而较大排量的增压发动机则无明显优势。(转载请注明来源为车聚网及作者全名)
备注:本文根据一位技术大拿的报告分析整理,在此表示衷心感谢!(
我为什么选择自然吸气发动机
现在发动机分为两种,一类是自然吸气发动机,一类是涡轮增压发动机,很多消费者这个时候就得了选择恐惧症,不知道到底该如何选择,今天我们就来谈一下自然吸气发动机的优势:
1、自然吸气发动机技术可靠
自然吸气发动机经过了上百年的技术积累,技术已经非常可靠,质量稳定,现在一个普通国产自主品牌的发动机都可以做到几十万公里无大修,可见这类发动机的技术已经非常成熟,但涡轮增压发动机还在不断改善,需要解决很多难题,可以说这并不是一个非常成熟的发动机技术,故障率较高。
而自然吸气的发动机比较容易做得完善,又因油品要求低、结构简单、维护简单、扭矩分布均匀、提速线性、工作温度低等原因,在平顺性、耐久性、稳定性、安全性上比涡轮增压发动机来得更有优势。
2、自然吸气发动机保养费用低
如果说自然吸气发动机是吃粗粮的,那么涡轮增压发动机就是吃细粮的,对保养有着较高的要求,必须按时保养,必须使用品质高的机油,自然吸气发动机的后期保养费用较涡轮增压发动机低。一般说来,涡轮轮增压部件有使用寿命周期。这在随车说明书上都有特意标注的。需要更换涡轮增压部件这一个流程,不仅在工序上比较繁琐,而且也会给车主增加不小的后期养车经济负担。
由于涡轮工作时会给发动机带来更高的燃烧温度,所以理论上它的寿命不如自然吸气发动机更长久。
涡轮发动机在使用要求上最大的不同,就是要做到“延时熄火”。涡轮增压器在正常工作状态下能获得充分冷却,不会有问题,但是停车熄火断电后,冷却系统就不能对涡轮增压继续进行冷却,而此时涡轮叶片仍然因惯性高速转动,这时候轴承就会受损。这种损坏可能是瞬间的,也可能是微小的,但会日积月累缩短涡轮的工作寿命。
3、自然吸气发动机动力输出平稳
同样是1.4排量发动机,涡轮增压确实比自然吸气发动机动力输出高,也就是更有劲,但市场价格也更贵,且涡轮增压发动机输出动力突兀,一般要等待2-3秒,才突然输出动力,这个时候增加了驾驶的难度,感觉车辆难以控制,这种驾驶感觉并不舒服,如果说自然吸气发动机是一匹听话的马,那么涡轮增压发动机就是一匹难以驯服的野马。
但另一方面,自然吸气发动机的动力收放更容易掌控。主要表现在细微操控油门时力度的输出上,例如你一直保持油门在某一个开度不变,自然吸气的车子加速会比较畅顺、加速度相对比较平均;涡轮发动机的车子则会呈一种渐入高峰的变化性输出,例如在一个较斜的坡道上倒车时,开自然吸气的车,你很容易找到一个让车子稳定、精细地发力的油门位置,而涡轮的车子,这个油门位置就比较难掌握,往往要踩一下、放一下,即是说涡轮车子的极低速度下的线性度是明显不及自然吸气的。 即怠速的安静平顺性、冷车发动时的噪音和运转平稳度等方面,自然吸气发动机普遍会做得更好。
4、自然吸气发动机更经济省油
从大多数使用者的反映来看,涡轮增压谈不上特别费油,但也谈不上特别节油,一般会比同排量自然吸气发动机油耗高出一些。这也很正常,本来涡轮增压只是在相同的汽缸体积增加更多压力,从而获得更好的功率和扭矩表现。空气压力加大,汽油消耗也不会太低。所以依靠涡轮增压省油不是太现实的。
此外,涡轮增压启动有一个发动机转速限制,如果你的油门不够深,或者他们的DSG变速箱调教偏向经济性的话。那么在一般道路上行驶,驾驭这种涡轮增压车型只要换挡以及行驶转速达不到1750rpm时,更多的时候,我们其实是开着一台1.4升自然吸气车型在前进。这样是可以节约油耗的,不过动力性能也不是特别充沛了。
换句话说,自然吸气发动机的油耗是比较稳定的,而涡轮增压发动机的油耗,则跟其工作状态,发动机与车辆自重的匹配,实际使用时的道路情况,驾驶环境以及驾驶方式等息息相关,涡轮增压系统工作得多,油耗就高,反之油耗就低。
5、自然吸气发动机更适合城市路况和普通家庭消费
经常跑市内和郊区公路的,适合选用自然吸气车型。因为如果经常在城市内行驶,那么就真的有必要考虑一下是否需要涡轮增压了,因为涡轮并不是随时都在启动的,事实上在日常行车中,涡轮增压的启动机会很少,甚至不使用,这就给涡轮增压发动机的日常表现带来影响。而一般市内驾驶我们的换挡实际都只是在2000~3000转之间,5挡能够上到3500转速度差不多破120km了,也就是说除非故意停留在低挡位,否则不超过120km的时速涡轮增压根本无法启动。没有涡轮增压的启动,甚至比不上同排量自然吸气车,因为没有启动的涡轮对于进气甚至还有一些阻力作用。可见,涡轮增压跑高速比较好,自然吸气城市用比较好。
所以我们建议,对于那些代步人群或普通家庭消费者以及中年用户,我们选择自然吸气似乎更实惠一些。
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