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我来告诉你涡轮增压为什么能省油

2017-02-16 纠错 举报
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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。

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)

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。

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。

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。

三、举例

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

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。

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!

标签: 技术详解
车系: 宝马3系 讴歌ILX
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