涡轮增压到底更省油还是更费油?

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2019-08-14 18:00

涡轮强不强?数据见分晓!

自从泰哥还是个小屁孩的时候,老爹打算在A6 1.8T和雷车GS 300中挑选的时候,就知道了涡轮增压发动机这个排量小功率大的发动机制式。然而正读初中的泰哥就出现了一个问题,涡轮增压发动机是如何做到功率这么大排量却这么小呢?涡轮真的有这么强悍么?


于是这个问题一直伴随着泰哥进入社会从事汽车行业,而最近身边一个做婚庆司仪的好哥们准备买自己第一辆新车,在选车的时候又问了泰哥同样的这个问题。于是这次泰哥打算彻底解决这个困扰了自己甚至于所有车主老爷们的这个疑问。

涡轮增压到底是如何做到小排量大功率的?

这样的发动机到底省油还是费油?

这几天泰哥连续查阅了许多资料,在上周末请教了迈凯伦的机械工程师后得到了许多有用的线索和资料,今天就来聊聊涡轮增压的动力和油耗的这些事。


涡轮增压始终离不开“能量守恒”

在开始今天泰哥“上课硬科普”之前,首先得先和老爷们聊聊涡轮增压的基本原理,以便后面所有的知识老爷们可以简单理解。

所谓的涡轮增压技术(也就是老爷们常说的“带T”),就是用用一个离心式的涡轮风扇往气缸里泵更多的空气,配合等比的燃油,明显提高发动机功率的方案。


加涡轮≠性能飙升油耗不变

由于进气量的增加,所以同样条件下涡轮增压发动机的气缸的工作压力、温度都会提高,也意味着更容易发生爆震。一台自然吸气的发动机装上涡轮需要做什么动作呢?很简单,降低压缩比和缩短点火提前角。


320i和328i的活塞结构布局都不一样

举个前两年老爷们特别熟悉的案例,宝马320i和328i的发动机都是2.0T,很多人天真地以为320i刷个程序就可以成为328i,其实发动机是不一样的,比如压缩比。盲目提高320i的增压值的话,爆缸就基本没跑了。

所以总的来说,无论发动机怎么改装如何堆料,只要燃烧效率不高,油耗一定是高的。简单来说,涡轮增压一定会比同排量自然吸气更费油,而且增压值越高越费油,能量守恒没人会质疑了吧?

增压省油,主要靠砍排量

看到这许多车主老爷已经坐不住马上就要喷泰哥了。现在满天下的1.XT的发动机,既省油动力又够用。泰哥说的这个涡轮增压发动机费油这件事一看就是骗人的,民科生又来吹自己多专业了。


本田的1.5T能有193匹

其实老爷们有这种想法也没毛病,但有一个主要问题被忽略了。那就是,涡轮增压发动机的排量越做越小。

泰哥打算把今天的写成两部分,想粗浅了解的,记住结论就可以返回了;接下来的篇幅,写给渴望充电的老爷们,别怕纯技术风格未必,智商正常的就木有阅读障碍。

高中学历就能看懂的“万能”图表

首先,先从专业严谨的发动机分析,所有主机厂也好车评人也罢,都需要一张直观可见的数据来支撑。毕竟空中楼阁开嘴炮人人都会,真打算让你解微积分了做画几何了才是真本事一样。

而发动机牵涉到多个高等学科的东西如何简单化呢?我想只有一个办法能说清楚了,那就是:发动机的“万有特性表”。


是不是看起来生涩难懂?

通过二维数据表来反应发动机工况数据,不是所有车主老爷们都是数学天才或者专业毕业,所以今天泰哥同样用这张表换个方式更老爷们重新说说其中的原理,哪怕还没看懂,至少能拿着图去“增加自己装×量”也不是不好嘎嘎!

发动机的好坏都考虑,这两个要素

在许多车主老爷们心里,发动机的参数就是功率(即马力)还有就是扭矩参数。但实际上发动机工况只有两种参数可用,一个是转速,另一个是扭矩。

那我们接下来就用这两个数据画一张图,水平轴显示发动机转速、纵轴显示发动机扭矩,然后将我们常用的发动机工作时速标个点,大概就是下图这样。


小学文化基础就够了

然后我们想象一下车正在马力机上面,将油门踩到底后就会形成同样一张二维的图表,测出发动机每个转速下对应的扭矩有多大,对应的标点后就能形成一个曲线,那就是发动机的能力极限了,称为“外特性曲线”。


曲线以下,全部OK;曲线以上,动力荒芜

那发动机的动力曲线有了就好了呢?别忘了我们今天聊得是油耗和动力,所以必须要将油耗也加进去。于是原本的数据表里就需要在外特性曲线下方加上油耗数据,曲线以下的区域划分成几百上千个格子(工作点),将每个油耗数据填入格子后就成了这样的图。


写满油耗的外特性曲线图张这样

看到这许多老爷们要说了,这尼玛一堆没啥规律的数据怎么看?玩人呢?

泰哥这就给一个提示,地图上怎么话山的?没错!等高线!老爷们将每个格子里的数据都想象成一座山行了。


万有特性图就是这么简单

最小的那个圈圈,就是油耗最低地带,燃烧效率最高。任意驾驶风格和工况,都可以在图上找到对应点,并判断有多费油。


例举几个常用工况,对应的油耗分布

看到这可能有老爷就搞不懂了会误解,为啥看上去120km/h比80km/h更省油?这个又牵涉到其他问题了,对于今天的只聊发动机老爷们只要知道等高线等效于发动机工作效率即可。工程师希望车子更加省油,就会尽量把常用工作点设计在最佳油耗区附近。

如果你搞懂了万有特性图,那好,我们继续聊“带T到底费不费油”。

涡轮增压对油耗变化的影响

我们假设下面是一张2.0L某德系自吸发动机的万有特性表来举例说明


这台发动机很厉害,在测试中输出可以超过200Nm,牛米数能超排量100倍的发动机很少的哦~。

如果经常跑120km/h,换挡点不低于3000rpm,那么你的行车常用工况区域大致是下图这样的。如果很少上高速,不到2500rpm就升挡了,常用区域就只有下图阴影的1/4那么大,而且更靠左下角。对于时不时地板油一下,拉个高转速超车,都不是能够长时间持续的,这里不作为常用工况考虑。


如果工程师给这台发动机加上涡轮,发动机峰值扭矩提升到255Nm,那么这张图就变成下面这样了:


2.0T常用工况的分布位置

增压后的发动机,等油耗曲线其实是差不多的,最佳油耗区还在原位,只是外特性曲线以上又扩出去一些“新区域”罢了。发动机之外的其他地方如果都不变的话,那么常用工况区域也不会变。

前面提到了,降低压缩比来抑制增压带来的爆震,一些工况下还会缩短点火提前角角,这些措施都会降低燃烧效率,增加油耗,如果老爷们仔细对比上面两张图,会看到等高线上的油耗数值,是有细微差别的。

于是,结论来了,如果单纯在原有发动机上加涡轮,其他都不变,驾驶习惯也不变,油耗会有所增加,因为发动机效率下降了。而现实中,驾驶者感觉动力充沛,更舍得踩油门,陶醉和炫耀推背感,实际的综合油耗则会更高。

小排量增压是无奈产物

简单地加一个涡轮,动力强劲了,油耗却上去了,工程师怎么办呢?于是小排量增压就来了。下面这台1.5T,可以理解成2.0T发动机缩小25%后的产物,这种等比缩放,经常用于发动机设计开发。那么就可以直接把前面那张2.0T的万有特性图,纵向压扁25%,得到1.5T的版本,峰值扭矩仍是200Nm出头,油耗值也会相应低一点。


1.5T发动机的万有特性图

可能你还看不出更多端倪,不急,把常用工况区域加进去,就豁然开朗了。


常用工况的分布位置

由于油耗等高线向下整体“压扁”,最佳油耗区终于进入了常用区域。所以增压后要油耗回归,还得启用小排量,因为小排量发动机的最佳油耗区更靠下,或者说“更接地气”。

变速箱对油耗的影响

所以老爷们仔细想想就能够明白了,省油的终极目标就是要让“最佳油耗区”和“常用工况区域”遇到一起。懂变速箱读者可能会问,为什么不通过更改变速箱的齿比,抬高后者,去将就前者呢?


通过降低主减速比改善油耗

这里涉及到一个储备扭矩的概念。降低主减速比,在同样行驶状态下,发动机会更费力,整个常用工况区域的确会向上拉伸,直到覆盖最佳油耗区(如上图,主减速比从4.5变为3.3)。这样的确会比较省油,但是工作点太接近外特性曲线,在你需要加速超车时,就会发现动力不够,车子肉更容易遭吐槽。

为了聊清这个话题,泰哥花了4天时间来画这样的11张图,虽然看起来生涩难懂但还是挺有看点的。至于1.5T达到2.0L自吸的效果,如果技术再NB一点,继续下探排量到1.4T、1.3T,“接地气”效应就会更明显,油耗也会更出色。

而现在的3缸机的出现就是为了让发动机更小,机油、冷却液更少,热损失更小,热车过程更快,轻量化继续带来燃油经济性。

现在聊增压机,还是多聊聊直喷和小排量等节油措施,至于单独聊“增压”油耗是没意义的,关于带T省油还是费油的争论,到此为止。

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评论(4)
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月光8.2
2019-08-16 15:11

专业👍

2019-08-15 07:59

增压更像在高速段吃了兴奋剂的自吸。个人感觉。

我也支持香港警察👮 🌲
2019-08-15 01:05

看懂了

阳阳
2019-08-14 20:59

还是更喜欢自吸车,保养维修更方便

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