渦輪增壓發動機相對自然吸氣發動機更節能嗎？

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渦輪增壓真的省油嗎？

寶馬在1973年將一台KKK渦輪機裝進了2002車型中，讓渦輪增壓車型名聲大噪，於是湧現出眾多的跟隨者。渦輪增壓發動機之所以一直受到熱捧，車企的解釋是不僅馬力大，而且更省油。但這並未得到業內的一致認可，所以渦輪增壓和自然吸氣誰更省油的爭執從未停止過。

1.渦輪增壓的弊端

表面上看渦輪增壓發動機有諸多優點，利用廢棄驅動，基本沒有額外的能量損耗，便能輕易地創造出大馬力。不過在大多數情況下，事物都遵循著這樣一條規律：魚和熊掌不可兼得。這點在渦輪增壓發動機上體現的很明顯。殊不知，為了擴大輸出功率，渦輪增壓發動機在其他很多地方都做出了犧牲。

開過渦輪增壓車的人應該有這樣的感覺：低速扭矩時響應比較差。這和渦輪介入的延遲性不是同一個概念。為何？眾所周知，發動機的壓縮比的上限相對固定，這是由爆震決定的，就是說如果壓縮比過高，容易導致氣缸內混合氣體燃燒不充分，且燃燒之後氣溫很高，造成「敲缸」現象。

而渦輪增壓發動機正是利用短時間內將混合氣體擠壓到氣缸內，所以為了推遲爆震的產生，只好降低壓縮比。在低轉速運轉時，增壓器不介入工作，而發動機的壓縮比又較低，這時動力性則比自然吸氣發動機更弱。不光如此，發動機的理論熱效率其實取決於壓縮比，壓縮比低則熱效率就低（見下圖公式）。所以，渦輪增壓發動機的熱效率相對偏低。

低速時動力比較弱，難免讓人感覺不爽，於是就想踩下油門。這時問題又來了。踩下油門後發動機轉數、增壓器轉數、吸入空氣量、尾氣排放量等都相應增加了。那麼排氣門、排氣歧管、渦輪增壓器等溫度也會升高很多。本來熱效率就不高，而這些零部件溫度很高又消耗一些能量。根據能量守恆定律，對於是否省油這個問題，你們懂的。

我們曾做過一個實驗，分析兩台分別為1.8L和1.4T發動機的燃油消耗（見下圖）。

在上面這個圖表中，各取幾個工況點（2bar/2000rpm, 3bar/3000rpm和5bar/4000rpm)，這些工況點分別為車輛在低速低工況、中等工況和高速工況的運行點。可以看出增壓發動機的燃油消耗比自然吸氣的發動機要高。

為何出現這種情況？和上面說的差不多，主要由於增壓發動機壓縮比較低（左圖發動機壓縮比為10.5，右圖發動機壓縮比為9.2）、較高的泵氣損失（約1%-2%）和較高的渦輪遲滯等。除此之外，小排量渦輪增壓發動機還需要較大的機油流量（活塞冷卻、增壓器冷卻、凸輪相位調節等），損失約2%。

通過對比幾組不同的增壓發動機和自然吸氣發動機，其實都可得出類似的結論。不過上述對比沒有考慮到不同工況點的負荷變化，因此上面的圖表還不能準確描述增壓發動機的油耗潛力。也就是說渦輪增壓發動機不省油這個結論並非完全成立。

為了得出結論，我們又做了另外一個對比測試，即相同扭矩情況下的油耗對比（見下圖）。

從上面這個圖表看得出，相同扭矩下，輕負荷增壓發動機油耗能夠節省4.2%。燃油消耗趨勢隨發動機轉速和扭矩的增高而下降。上面圖表還能看得出，燃油消耗的優勢主要取決於扭矩，轉速的影響較小。

但只有達到一定扭矩，增壓器燃油消耗的固有的缺陷才能得到補償。也就是說，增壓發動機油耗在低速高負荷時才能夠發揮優勢。

2.小排量增壓發動機更省油

如上面所說，渦輪增壓發動機是否省油取決於發動機的扭矩。這就又產生了一個問題，多大的扭矩才省油呢？對應的增壓發動機又該是多大的排量呢？為了進一步搞清這個問題，我們選取4種不同自然吸氣排量發動機（1.4NA、1.6NA、1.8NA、2.2NA）與1.4渦輪增壓發動機進行對比，採用自然吸氣排量與增壓發動機的排量的比值作為對比常量。

從上面圖表可以看出，增壓發動機與等排量的自然吸氣發動機被證實沒有油耗貢獻。相反，平均油耗還高出8%-10%。這種差異則被認為是純粹的性能上不同。隨著小型化因素的提高，增壓發動機燃油消耗率逐漸低於自吸發動機。如果下一代自然吸氣發動機屬於大排量發動機系列，那麼採用增壓就可以獲得燃油消耗率的優勢。因為每一個系列發動機都是按其最大的功率設計的，因此某一發動機系列到更大排量的發動機系列附加損失也在增加。

小型化係數從1.3開始，有一個增壓發動機達到較低燃油消耗率大區域（圖中綠色部分面積加大，表明增壓發動機低油耗優勢明顯）。也就是說同樣扭矩輸出情況下，增壓發動機與其排量比為1.3倍的自然吸氣發動機具有可比性，在這一平台論述增壓和自然吸氣也才更有意義。

然而，這還並非最準確的。發動機是搭載在車上行駛，因此衡量油耗多少時還必須和整車匹配。

圖中是1.4T發動機匹配整車之後，按照新歐洲行駛循環NEDC標準運行，並計算出各區域燃油消耗占整個循環工況的比例，同時用等功率曲線標出了整車需求的行駛功率。

綜上可以得出結論：在最大扭矩相同時，小排量渦輪增壓發動機確實比自然吸氣更省油，而較大排量的增壓發動機則無明顯優勢。（轉載請註明來源為車聚網及作者全名）

備註：本文根據一位技術大拿的報告分析整理，在此表示衷心感謝！

文章出處：【說客】渦輪增壓真的省油嗎？

瀉藥

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