遇到渦輪增壓到底更省油還是更費(fèi)油？渦輪強(qiáng)不強(qiáng)？數(shù)據(jù)見(jiàn)分曉！這個(gè)問(wèn)題怎么辦？車友們有沒(méi)有什么好的辦法嗎？
提問(wèn)者: 單蓮宗 | 2020-01-09 2226
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這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)到底省油還是費(fèi)油？
這幾天泰哥連續(xù)查閱了許多資料，在上周末請(qǐng)教了邁凱倫的機(jī)械工程師后得到了許多有用的線索和資料，今天就來(lái)聊聊渦輪增壓的動(dòng)力和油耗的這些事。
渦輪增壓始終離不開(kāi)“能量守恒”
在開(kāi)始今天泰哥“上課硬科普”之前，首先得先和老爺們聊聊渦輪增壓的基本原理，以便后面所有的知識(shí)老爺們可以簡(jiǎn)單理解。
所謂的渦輪增壓技術(shù)（也就是老爺們常說(shuō)的“帶T”），就是用用一個(gè)離心式的渦輪風(fēng)扇往氣缸里泵更多的空氣，配合等比的燃油，明顯提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的方案。
加渦輪≠性能飆升油耗不變
由于進(jìn)氣量的增加，所以同樣條件下渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸的工作壓力、溫度都會(huì)提高，也意味著更容易發(fā)生爆震。一臺(tái)自然吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪需要做什么動(dòng)作呢？很簡(jiǎn)單，降低壓縮比和縮短點(diǎn)火提前角。
320i和328i的活塞結(jié)構(gòu)布局都不一樣
舉個(gè)前兩年老爺們特別熟悉的案例，寶馬320i和328i的發(fā)動(dòng)機(jī)都是2.0T，很多人天真地以為320i刷個(gè)程序就可以成為328i，其實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)是不一樣的，比如壓縮比。盲目提高320i的增壓值的話，爆缸就基本沒(méi)跑了。
所以總的來(lái)說(shuō)，無(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)怎么改裝如何堆料，只要燃燒效率不高，油耗一定是高的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，渦輪增壓一定會(huì)比同排量自然吸氣更費(fèi)油，而且增壓值越高越費(fèi)油，能量守恒沒(méi)人會(huì)質(zhì)疑了吧？
增壓省油，主要靠砍排量
看到這許多車主老爺已經(jīng)坐不住馬上就要噴我了。現(xiàn)在滿天下的1.XT的發(fā)動(dòng)機(jī)，既省油動(dòng)力又夠用。我說(shuō)的這個(gè)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)費(fèi)油這件事一看就是騙人的，民科生又來(lái)吹自己多專業(yè)了。
其實(shí)老爺們有這種想法也沒(méi)毛病，但有一個(gè)主要問(wèn)題被忽略了。那就是，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的排量越做越小。
小編打算把今天的寫成兩部分，想粗淺了解的，記住結(jié)論就可以返回了；接下來(lái)的篇幅，寫給渴望充電的老爺們，別怕純技術(shù)風(fēng)格未必，智商正常的就木有閱讀障礙。
高中學(xué)歷就能看懂的“萬(wàn)能”圖表
首先，先從專業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)分析，所有主機(jī)廠也好車評(píng)人也罷，都需要一張直觀可見(jiàn)的數(shù)據(jù)來(lái)支撐。畢竟空中樓閣開(kāi)嘴炮人人都會(huì)，真打算讓你解微積分了做畫幾何了才是真本事一樣。
而發(fā)動(dòng)機(jī)牽涉到多個(gè)高等學(xué)科的東西如何簡(jiǎn)單化呢？我想只有一個(gè)辦法能說(shuō)清楚了，那就是：發(fā)動(dòng)機(jī)的“萬(wàn)有特性表”。
是不是看起來(lái)生澀難懂？
通過(guò)二維數(shù)據(jù)表來(lái)反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況數(shù)據(jù)，不是所有車主老爺們都是數(shù)學(xué)天才或者專業(yè)畢業(yè)，所以今天泰哥同樣用這張表?yè)Q個(gè)方式更老爺們重新說(shuō)說(shuō)其中的原理，哪怕還沒(méi)看懂，至少能拿著圖去“增加自己裝×量”也不是不好嘎嘎！
發(fā)動(dòng)機(jī)的好壞都考慮，這兩個(gè)要素
在許多車主老爺們心里，發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)就是功率（即馬力）還有就是扭矩參數(shù)。但實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)工況只有兩種參數(shù)可用，一個(gè)是轉(zhuǎn)速，另一個(gè)是扭矩。
那我們接下來(lái)就用這兩個(gè)數(shù)據(jù)畫一張圖，水平軸顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、縱軸顯示發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，然后將我們常用的發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)速標(biāo)個(gè)點(diǎn)，大概就是下圖這樣。
小學(xué)文化基礎(chǔ)就夠了
然后我們想象一下車正在馬力機(jī)上面，將油門踩到底后就會(huì)形成同樣一張二維的圖表，測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的扭矩有多大，對(duì)應(yīng)的標(biāo)點(diǎn)后就能形成一個(gè)曲線，那就是發(fā)動(dòng)機(jī)的能力極限了，稱為“外特性曲線”。
曲線以下，全部OK；曲線以上，動(dòng)力荒蕪
那發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力曲線有了就好了呢？別忘了我們今天聊得是油耗和動(dòng)力，所以必須要將油耗也加進(jìn)去。于是原本的數(shù)據(jù)表里就需要在外特性曲線下方加上油耗數(shù)據(jù)，曲線以下的區(qū)域劃分成幾百上千個(gè)格子（工作點(diǎn)），將每個(gè)油耗數(shù)據(jù)填入格子后就成了這樣的圖。
寫滿油耗的外特性曲線圖張這樣
看到這許多老爺們要說(shuō)了，這尼瑪一堆沒(méi)啥規(guī)律的數(shù)據(jù)怎么看？玩人呢？
泰哥這就給一個(gè)提示，地圖上怎么話山的？沒(méi)錯(cuò)！等高線！老爺們將每個(gè)格子里的數(shù)據(jù)都想象成一座山行了。
萬(wàn)有特性圖就是這么簡(jiǎn)單
最小的那個(gè)圈圈，就是油耗最低地帶，燃燒效率最高。任意駕駛風(fēng)格和工況，都可以在圖上找到對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并判斷有多費(fèi)油。
例舉幾個(gè)常用工況，對(duì)應(yīng)的油耗分布
看到這可能有老爺就搞不懂了會(huì)誤解，為啥看上去120km/h比80km/h更省油？這個(gè)又牽涉到其他問(wèn)題了，對(duì)于今天的只聊發(fā)動(dòng)機(jī)老爺們只要知道等高線等效于發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率即可。工程師希望車子更加省油，就會(huì)盡量把常用工作點(diǎn)設(shè)計(jì)在最佳油耗區(qū)附近。
如果你搞懂了萬(wàn)有特性圖，那好，我們繼續(xù)聊“帶T到底費(fèi)不費(fèi)油”。
渦輪增壓對(duì)油耗變化的影響
我們假設(shè)下面是一張2.0L某德系自吸發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性表來(lái)舉例說(shuō)明
這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)很厲害，在測(cè)試中輸出可以超過(guò)200Nm，牛米數(shù)能超排量100倍的發(fā)動(dòng)機(jī)很少的哦~。
如果經(jīng)常跑120km/h，換擋點(diǎn)不低于3000rpm，那么你的行車常用工況區(qū)域大致是下圖這樣的。如果很少上高速，不到2500rpm就升擋了，常用區(qū)域就只有下圖陰影的1/4那么大，而且更靠左下角。對(duì)于時(shí)不時(shí)地板油一下，拉個(gè)高轉(zhuǎn)速超車，都不是能夠長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的，這里不作為常用工況考慮。
如果工程師給這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)加上渦輪，發(fā)動(dòng)機(jī)峰值扭矩提升到255Nm，那么這張圖就變成下面這樣了：
2.0T常用工況的分布位置
增壓后的發(fā)動(dòng)機(jī)，等油耗曲線其實(shí)是差不多的，最佳油耗區(qū)還在原位，只是外特性曲線以上又?jǐn)U出去一些“新區(qū)域”罷了。發(fā)動(dòng)機(jī)之外的其他地方如果都不變的話，那么常用工況區(qū)域也不會(huì)變。
前面提到了，降低壓縮比來(lái)抑制增壓帶來(lái)的爆震，一些工況下還會(huì)縮短點(diǎn)火提前角角，這些措施都會(huì)降低燃燒效率，增加油耗，如果老爺們仔細(xì)對(duì)比上面兩張圖，會(huì)看到等高線上的油耗數(shù)值，是有細(xì)微差別的。
于是，結(jié)論來(lái)了，如果單純?cè)谠邪l(fā)動(dòng)機(jī)上加渦輪，其他都不變，駕駛習(xí)慣也不變，油耗會(huì)有所增加，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)效率下降了。而現(xiàn)實(shí)中，駕駛者感覺(jué)動(dòng)力充沛，更舍得踩油門，陶醉和炫耀推背感，實(shí)際的綜合油耗則會(huì)更高。
小排量增壓是無(wú)奈產(chǎn)物
簡(jiǎn)單地加一個(gè)渦輪，動(dòng)力強(qiáng)勁了，油耗卻上去了，工程師怎么辦呢？于是小排量增壓就來(lái)了。下面這臺(tái)1.5T，可以理解成2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)縮小25%后的產(chǎn)物，這種等比縮放，經(jīng)常用于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。那么就可以直接把前面那張2.0T的萬(wàn)有特性圖，縱向壓扁25%，得到1.5T的版本，峰值扭矩仍是200Nm出頭，油耗值也會(huì)相應(yīng)低一點(diǎn)。
1.5T發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性圖
可能你還看不出更多端倪，不急，把常用工況區(qū)域加進(jìn)去，就豁然開(kāi)朗了。
常用工況的分布位置
由于油耗等高線向下整體“壓扁”，最佳油耗區(qū)終于進(jìn)入了常用區(qū)域。所以增壓后要油耗回歸，還得啟用小排量，因?yàn)樾∨帕堪l(fā)動(dòng)機(jī)的最佳油耗區(qū)更靠下，或者說(shuō)“更接地氣”。
變速箱對(duì)油耗的影響
所以老爺們仔細(xì)想想就能夠明白了，省油的終極目標(biāo)就是要讓“最佳油耗區(qū)”和“常用工況區(qū)域”遇到一起。懂變速箱讀者可能會(huì)問(wèn)，為什么不通過(guò)更改變速箱的齒比，抬高后者，去將就前者呢？
通過(guò)降低主減速比改善油耗
這里涉及到一個(gè)儲(chǔ)備扭矩的概念。降低主減速比，在同樣行駛狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)更費(fèi)力，整個(gè)常用工況區(qū)域的確會(huì)向上拉伸，直到覆蓋最佳油耗區(qū)（如上圖，主減速比從4.5變?yōu)?.3）。這樣的確會(huì)比較省油，但是工作點(diǎn)太接近外特性曲線，在你需要加速超車時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)動(dòng)力不夠，車子肉更容易遭吐槽。
為了聊清這個(gè)話題，泰哥花了4天時(shí)間來(lái)畫這樣的11張圖，雖然看起來(lái)生澀難懂但還是挺有看點(diǎn)的。至于1.5T達(dá)到2.0L自吸的效果，如果技術(shù)再NB一點(diǎn)，繼續(xù)下探排量到1.4T、1.3T，“接地氣”效應(yīng)就會(huì)更明顯，油耗也會(huì)更出色。
而現(xiàn)在的3缸機(jī)的出現(xiàn)就是為了讓發(fā)動(dòng)機(jī)更小，機(jī)油、冷卻液更少，熱損失更小，熱車過(guò)程更快，輕量化繼續(xù)帶來(lái)燃油經(jīng)濟(jì)性。
現(xiàn)在聊增壓機(jī)，還是多聊聊直噴和小排量等節(jié)油措施，至于單獨(dú)聊“增壓”油耗是沒(méi)意義的，關(guān)于帶T省油還是費(fèi)油的爭(zhēng)論，到此為止。
回答者: 溫清英 | 2020-01-09
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