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今天在汽车之家说客看到一篇标题名为《我来告诉你涡轮增压为什么能省油》的文章,反复阅读了几遍,说的很有道理,但是总感觉有点不对,干脆把文章复制过来“拆文解字”。纯属个人看法,希望能友好交流,说的不对的地方温柔指出。
分割线后是正文
近来,涡轮增压不省油这个观点甚嚣尘上。一些一瓶子不满半瓶子咣当的所谓专业人士,也来鼓吹这种涡轮不省油的言论,某些大V也靠吹自吸踩增压圈了不少粉。我们作为相关专业或者说行业内的人,有必要给大家掰扯掰扯这个事。
瞎扯的飞机:说明一下,引用框里面的内容是飞机瞎扯。文章开头就气势汹汹,我只能提前声明自己是业余人士,作为一个有想法的三好青年来给大家掰扯掰扯这篇文章的观点。
一、涡轮增压省油的原理
(增压)有效利用增大的转矩可以提高车辆的行驶燃油经济性,如下述两种方法。
1,改变车辆的齿轮转速比,使其以发动机燃油消耗良好的低转速行驶。
2,小排量发动机安装增压器,可以取得与大排量发动机(不增压)同等的动力性能,而且由于泵气损失和机械损失比大排量发动机小,可提高燃油经济性。
这几句话不是我说的,这是摘自日本自动车技术会编纂的《汽车工程手册》之基础理论篇。
1.为什么低传动比能省油?
我们以宝马为例,上一代E90 330i用的是258马力的3.0自然吸气发动机,这一代F30 328i用的是245马力的2.0涡轮增压发动机,总体来说两者动力水平相当具有可比性。
以下是两者传动比的对比图(手动挡,都是六个挡容易对比)
http://www3.autoimg.cn/newsdfs/g23/M00/ED/C3/620x0_1_autohomecar__wKgFXFilTd2AJXrQAADuZZQPI6o513.jpg
很明显,在终传比基本相等情况下,各挡位下新328i比旧330i的传动比有平均18%的降低,在考虑到新3系车轮要比老3系大一号,因此在车速相同的情况下,新328i的转速较老330i有22%左右的降低。我们知道,转速越低,单位时间内活塞环与气缸壁摩擦的次数越少,因此摩擦损失会减少。如果不是转速低到让燃烧变得恶劣,同车速下,基本上可以说转速越低,油耗就越低。
老330的最大扭矩为310NM,在转速2600rpm时达到,这对于自吸机已是很不错的水平。新328从1250-4800rpm都能输出350NM的最大扭矩。涡轮机的扭矩明显大且扭矩平台宽,这样即便是降低了传动比,在最大功率偏小的情况下,新328的加速还是要比老330快。(5.7s VS 6.1s,0-60mph,美国官网数据)
小结:涡轮机扭矩大,可以让传动比更小,转速降低了,所以能省油。
瞎扯的飞机:涡轮增压省油的原理我没有异议,说的很有道理。小传动比省油的理念在卡车领域也是各个厂商努力的方向,大马力发动机 直接档变速箱 小传动比后桥是卡车动力链的发展趋势,和文章里举例宝马车型的道理是一样的。
2. 为什么小排量化可以省油
这个其实应该算是常识了,小排量发动机当然比大排量发动机省油。那么加上涡轮这个因素之后,情况会有什么变化呢?
按日本人的说法,我们先从泵气损失开始说。发动机的进气过程是,进气门打开,活塞下行,空气被吸进气缸。这个过程类似用吸管喝可乐,是人的肺做功在嘴里形成了真空度,所以可乐被吸进了嘴里。这个过程是消耗能量的,可以当做是进气的泵气功即。而对于涡轮增压机来说,相当于有一只无形的手在帮你捏可乐瓶,你嘴基本不用吸,可乐自己就从吸管进到嘴里了,你省下了力量,就是泵气损失减小了。
说完了泵气损失,再说机械损失。机械损失包括活塞与活塞环的摩擦损失,活塞连杆曲轴机构中的摩擦损失,以及驱动配气机构以及附属机构的损失等等。小排量发动机活塞更小,活塞环更小,行程更小,摩擦面积更小,连杆曲轴配气机构等等都会相应缩小,所以整体的机械损失会更小,这个应该很容易理解。
瞎扯的飞机:理论上,技术水平一致的小排量发动机最低燃油消耗率g/(kW·h)要比大排量发动机少。这个理论的前提条件是发动机负荷要小,不能小马拉大车。
二、涡轮增压是一种省油的方法
“Turbo is nowadays on practically all combustion engines due to the increased efficiency. I'd say that's not connected to cylinder volume legislation, that's engineering optimization.”
“涡轮增压技术现在在所有的内燃机上面几乎都有应用,这是因为涡轮增压可以提升效率。我觉得这和排量法规并无联系,这是工程优化的结果。”
这是针对涡轮是否省油的问题,奔驰和MAN退休高管汉思腾先生给我的回答。
我们看到最近这些年的新车,都号称相对于上一代车型有15%-25%的效率提升。从工程的角度,比如说我们想要实现15%的节油,怎么办?搞轻量化车身,节油3%;搞低阻力轮胎,节油2%;优化空气动力学,节油2%;加个自动启停,节油3%。这还差5%咋办?上个涡轮增压吧。其实就是这么个理,对于厂商来说涡轮增压是可选的省油办法之一。前面几个数字是我随口说的,不过涡轮增压能省油5%可是丰田说的。
A 1.4-liter turbo standing in for a 2.0-liter naturally
aspirated engine can deliver a 5 percent increase in fuel economy,
Ogiso estimated.
我们估计1.4的涡轮增压机要比2.0的NA机提升5%的燃油经济性。
——丰田的首席工程师小木曾聪Satoshi Ogiso
并不是说涡轮增压发动机一定会很省油一定比自然吸气省油,而是说对于厂商来说涡轮增压是一个能省油的技术,是优化效率的方向之一。有的厂商选了这条路,搞全面增压化;而有的厂商没选这条路,从其他一些方面下功夫,也达到了很高的效率。像马自达这种独辟蹊径用阿特金森循环超高压缩比的,我是很佩服的。创驰蓝天技术用夸张的4-2-1排气,轻量化的曲轴连杆,另外还用响应积极且高效变速箱等等,弥补了阿特金斯循环动力不足的先天缺陷,从而比较好的兼顾了动力性和燃油经济性。马自达的做法就是从别的地方把这5%找回来了。
瞎扯的飞机:撇开涡轮迟滞这种影响用户体验的缺点,小排量涡轮增压发动机很容易比大排量自然吸气发动机得到更好的账面数据,不论是扭矩、功率还是燃油消耗率。嗯,理论上是这样。
三、举例
http://www2.autoimg.cn/newsdfs/g7/M0A/09/23/620x0_1_autohomecar__wKgHzlilT-KAUjXWAAQE0L4dC_I270.jpg
由表3-1可知,相似动力表现的涡轮增压机比自然吸气发动机可省油约9%或少一点。只有宝马3系上的2.0涡轮增压发动机相对于其3.0自然吸气发动机在燃油经济性方面有高达30%的提升。
——《美国未来轻型汽车技术发展趋势》
可以看到,燃油经济性提升最低的大众2.5NA对2.0T也有5.5%,要知道这个2.0T无论功率还是扭矩都比那台老掉牙的2.5NA大得多。考虑到年代差,美国人这么比也不能说不合理。总的来说还是印证了前面丰田首席工程师涡轮效率提升5%的说法。
这个5%我们可以认为是单单涡轮贡献的(我个人认为是保守数字),而通常来说新车型都会有15%-25%的燃油经济性提升。(前面宝马的例子属于比较夸张的,美标下提升30%,国标下提升58%)我们看看其他厂家怎么说:
本田举例说,新1.5T涡轮增压发动机与经典的1.8NA相比,扭力输出提升45%,燃效提升15%。该款发动机将最先用于替代讴歌ILX的2.0NA发动机,能够在税费进一步降低的情况下性能大幅提升,ILX的竞争力也会大大增强。
四、从实用工况看涡轮增压省油原理
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先教大家看这个图。这个图叫做油耗特性曲线,是表示发动机在各工况下油耗的。横轴是转速,纵轴是扭矩(或者有效压力),上面的等高线是燃油消耗率,单位是克/千瓦时,就是发动机输出1度电的功需要烧掉多少克油。这个数自然是越低越省油。等高线最上面的边界叫外特性线,就是油门踩到底的意思。
我现在想省油,我想知道图里蓝线的这台2.6L自然吸气在什么工况下效率最高?我们看到最低240的这个圈横轴大概对应2000-3000rpm,扭矩在80%-90%,所以说可以认为在发动机转速两三千的时候,油门几乎踩到底,这时候发动机的效率是最高的。发现问题了么?你根本不能维持在这个状态,你要是真在两千转下油门几乎踩到底的话,转速一下子就窜上去了,马上就会离开这个最高效率工况区。实际你也不可能让车子一直处于加速状态。
之前有些人说自然吸气发动机最高效率能做到40%,所以自吸机效率高。这其实是没意义的,因为实际使用中这个最高效率的工况点是极少用到的。在日常使用中,大脚踩油门的工况是极少见的。相反,在日常驾驶时99%的时间内,油门都没有踩过30%,转速不超过2500rpm。在这些小负荷低转速的工况区,小排量增压机的效率具有优势,从这张图也能看出这点。
瞎扯的飞机:小排量增压机低转速扭矩都很不错,有些机型1500转就能输出最大扭矩,自吸发动机差不多4000转才能输出最大扭矩。问题重点来了,增压发动机在增压后才能发挥一个比较高的工作效率,套用网友们的话,没有增压的时候你只不过是一部小排量自吸发动机。
所以涡轮增压发动机和自吸发动机在理论工况下肯定是增压发动机省油,但是在实际工况中拥堵路段占据比例较高的时候,涡轮增压机的优势无法发挥,谁的油耗表现好还不一定呢。
所以啊,有些人不要听风就是雨,说涡轮增压不省油搞个大新闻。奔驰宝马这些全面涡轮化的车企,从领导层到工程师难道都没有几个大V机灵吗?各位还是要提高自身的姿势水平啊!
爱瞎扯的飞机:可以说文章99%以上的观点我是没异议的,但是我为什么还不认同这篇文章呢。因为整篇文章都在以发动机理论数据来告诉你涡轮增压发动机比自吸省油,让人潜意识里觉得涡轮增压发动机的车比自吸发动机的车省油。首先涡轮发动机比自吸发动机省油(有前提条件)我支持,但是发动机省油可不等于车辆省油。
至于最后作者隐射大V说涡轮增压不省油是想搞个大新闻,不知道大V们是说涡轮增压发动机的车型不省油还是单纯只说涡轮增压发动机不省油? 奔驰宝马这些全面涡轮化的车企是技术推动还是金钱利益推动?我想更大可能性是后者吧。
感谢原作者的分享,真心的。
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