汽车涡轮增压发动机为什么能省油?

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

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