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带T省油还是费油?从今往后别争了

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发表于 2017-06-23 15:27

“涡轮增压到底更省油还是更费油?”

自从我当试车员开始,不知道有多少人问过我这个问题,但一直都没有系统回答过。不过在知乎上看到一个问题“涡轮增压发动机与同动力水平的自然吸气发动机相比,节油的优势明显吗?”,我决定克服一切困难,把这个问题彻底终结掉!

如果有读者对文章有异议或没明白的,可以关注我们并留言。

【问题其实很简单】

增压(俗称“带T”),就是用涡轮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。在这种情况下,气缸的工作压力、温度都会提高,更容易发生爆震。

一台自吸发动机装上涡轮后,为了控制爆震,就必须降低压缩比,而且还得对点火时刻进行修整,缓和气缸燃烧工况。这么一来,燃烧效率也就随之下降。而且,增压越厉害,压缩比就越是要降低。举个大家耳熟能详的例子,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,爆震等着你呢。

图:320i和328i的活塞也不一样

总之,无论过程多复杂,只要效率下降,就意味着油耗上升,所以单纯地讲,带T的会更费油,而且增压越凶越费油。钻石般清晰的结论,没啥好争论的了吧。

【现实中为何带T更省油?】

现实中很多带T的车子的确表现出更好的燃油经济性。大家难以相信,哪有技术越先进,车子越费油的呢?

出现这个现象的主要原因是:带T的同时,降低了发动机排量~

诺诺打算把今天的帖子写成两部分,想粗浅了解的,记住结论就可以返回了;接下来的篇幅,写给渴望充电的铁杆诺粉,别怕,依然是诺式技术风格,智商正常的就木有阅读障碍。

【一张神图帮你看透发动机】

提到发动机分析,有个图叫“万有特性图”,光看名字就很NB。很多人尝试把它普及给车主,但效果都不大好,诺诺今天重蹈前人覆辙,用诺式语言把这张图刻入诺粉脑子里。

发动机工况可用两个主要参数描绘,一个是转速,另一个是扭矩。(估计有人说功率,功率不是一个基础参数,它是由转速和扭矩计算出来的,工程界更爱谈扭矩,改装圈则尤爱讨论功率或马力)。

转速作为x,扭矩作为y,我们就能在一张二维坐标图中,标出发动机的工作点。

图:二维坐标图

我们把油门踩到底,就可以测出各转速对应的最大扭矩。把这些满负荷工作点组成的曲线,圈内称之为“外特性曲线”。它就是发动机的能力极限,这根曲线以下,没有问题;以上的部分,臣妾做不到啊~

图:外特性曲线

好,我们开始引入第三个重要参数——油耗。既然知道扭矩、转速,当前的耗油也能测出来!于是,傻傻的工程师把曲线以下的区域划分成几百个格子,也就是几百个独立工作点,不厌其烦地测量每个工况的油耗率。最后把结果填入格子,就是下面这个效果(实际上更密集)。

图:写满油耗的外特性曲线图

好复杂啊!别急,如果把这些油耗看成高度的话,表格就变成3D的了,你可以想象成每个格子里都有一栋楼,只是楼高不一样罢了,类似下面这张图。

图:高楼林立

为了便于查阅和交流,工程师把油耗率相同的点连起来,构成类似地理上的“等高线”,这下子就清爽多了,于是有了大名鼎鼎的发动机万有特性图。

图:发动机万有特性图

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。下图里,我例举了几个常用工况,没想到吧?

图:行驶工况点位举例

可能有人会误解,为啥看上去120km/h比80km/h更省油?今天暂不展开,否则就跑题了,对于今天的话题,大家只要知道这些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,鼓个掌~ 我们继续聊“为啥带T更费油”。

【单纯增压对油耗的影响】

我以某款2.0L自吸发动机为例,配图说明。虽然示意图都是我手绘的,但都真实有据,只是考虑到数据保密,不便直接挂原图。

图:某2.0自吸发动机的万有特性

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。如果你平时很少上高速,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。

图:常用工况区间的分布位置

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:

图: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,一些工况下还会退点火角,这些措施都会降低燃烧效率,增加油耗,所以你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。

【小排量增压是什么鬼?】

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1.5T发动机问世!

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。

图: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。

图:1.5T常用工况的分布位置

哦yeah!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,而且还引起了整个常用工况区域的油耗全面降低。

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”。

【关于变速箱调整】

大家也发现了,终极目标就是要让“最佳油耗区”和“常用工况区域”遇到一起。聊了这么多,我们一直是让前者去将就后者。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?

图: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。

【写在后面】

为了聊清这个话题,我花了不少时间画图,我觉得手绘版直接贴上来可能更有意思,希望可以帮助大家理解。

刚才举例的是用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。

如果下探到1.2T会怎么样呢?油耗会有质的飞跃,因为4缸可以变为3缸了,整整省掉一个缸也!这意味着发动机更小,机油、冷却液更少,热损失更小,热车过程更快,要知道发动机自身热损耗也来自燃油消耗啊;此外,发动机进一步大幅减重,轻量化继续带来燃油经济性。

以BMW的3缸双涡轮发动机为例,这个1.5L的发动机架构用作汽油机,可以榨取60~80Nm/缸(注意是每个缸!),如果用作柴油机,则可以达到75~110Nm/缸,注意,也是每个缸!

图:BMW的3缸增压发动机

图:400马力三缸发动机,轻到令人发指

所以说三缸增压才是未来的趋势,而且依然可以靠强大的NVH技术做得很平顺,好多豪华品牌饱受吐槽的“8缸、6缸变4缸”,其实还算“厚道”的了。

此外,如今的增压发动机往往会同步搭载各种新技术,直接提高燃烧效率,比如缸内直喷、分层燃烧、可变气门升程等等,这些技术作为辅助手段联合应用,大幅改善了增压发动机的综合表现,让增压机得以迅速普及。

至于变态的宝马,技术玩到登峰造极,甚至用喷水的方法来抑制爆震,获得更加激进的点火提前角,把增压机的燃烧效率捍卫到极限。

现在,圈内的工程人士提到增压机,默认考虑直喷和小排量等节油措施,再也不会单独把“增压”单独提出来谈论油耗了。所以“增压是否省油”已经成了一个过时的问题。

诺诺总结:关于带T省油还是费油的争论,到此为止。

[本帖最后由 好奇宝宝i 于 2021-02-18 17:27 编辑]

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