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涡轮增压省油的原理是真的么?  

2016-02-19 08:27:42|  分类: 驾驶技巧 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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1.8L1.4T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/3000rpm5bar/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(1.4NA1.6NA1.8NA2.2NA)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。

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