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涡轮增压会一统天下?未必!

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发表于 2015-12-04 11:24

自从德系车型开始推广涡轮增压以来,这个小排量涡轮增压的风气日渐浓厚,而涡轮增压的技术也逐渐完善。先后解决或部分解决的问题包括但不限于:早期的涡轮数万公里易坏,涡轮迟滞,还有涡轮机容易烧机油,自燃风险远高于自吸车型等等问题。经过一群群小白鼠锲而不舍的以身体验,现在的涡轮机基本克服了以上缺陷,在民用汽车领域基本成燎原之势。

 

这两年来连对使用新技术极为保守的日系车型也都开始大规模普及涡轮增压,于是有人开始叫嚷了,未来必然是涡轮增压的天下,自吸车型很快就要彻底退出舞台,买车就买涡轮车。

 

其实这种一刀切的观点是非常主观的,涡轮车在全世界普及有其原因,但是并不意味着涡轮车一定会一统天下,因为涡轮机在一个非常重要的指标上目前还看不到能与自吸机器抗衡,那就是热效率。

 

我们都知道热效率对车辆的油耗是有着非常大的影响,基本上热效率越高的发动机,油耗越低,目前丰田自家做出来的热效率最高的涡轮发动机热效率仅能达到36%,而他家的混动发动机,采取自然吸气的,热效率已经达到40%了。这中间有高达10%的差异,如果能完整的反应到车辆油耗上,就是9升和10升的差距了。

我们这里先把热效率达到36%的涡轮机,代号8NR-FTS的BSFC图贴出来

中间数值236的地方,就是热效率达到36%的地方,而实际上,由于对应转速区间和扭矩区间太小,现实中根本无法使用到。绝大部分高效工作区间都在240和250的地方,对应热效率为35.4%和34%。

这就是2014年丰田刚推出的8NR-FTS发动机的热效率。

目前丰田还未放出40%热效率的发动机BSFC,但是我们可以以本田在2013年发布的自然吸气发动机为例,看看它的热效率可以达到多少。


在这个图上,本田明确的指出,最高热效率点为214,对应热效率39%,215区间则对应为38.8%,220区间则对应38.5%,这些数值都明确的说明了一个事实,自然吸气发动机在热效率上目前可以做到比涡轮机高出10%左右。

 

也许有人会争辩,下面这个图是阿特金森循环,事实上,丰田这台8NR-FTS也是采用了阿特金森循环的涡轮增压发动机。

 

说完了量产发动机,那么将来的发动机,如果要进一步提高热效率,该怎么做呢?

这里本田发布了其最新的发动机研究成果。这个成果的最大特点,就是原型机已经达到了45%的热效率。

我们来看看这台达到45%热效率的原型机采用了哪些技术。

本田的原型机为了达到45%的热效率,列出了如下方案,并采用了其中部分技术。

首先,提升发动机热效率的基本要素包括,提高理论热效率,降低冷却损失,减少点火正时损失,减少不完全燃烧,减少泵气损失,减少机械摩擦。

具体到实现方式,包括提高压缩比,提高废气回收率,MBT(Minimum advance for Best Torque最大扭矩的最小提前角), high boostpressure(机械增压),fundamental engine specifications(调整气缸和活塞形状,本田使用了缸径冲程比值高达1:1.5的气缸),本田为了减少尾气排放污染,没有采用稀薄燃烧。

所有这些手段里面,涡轮化带来的优势主要是发动机小型化能减少机械摩擦,除此之外其他要素都和涡轮没什么关系。而涡轮反过来会带来的缺点是,降低了膨胀比,增大了泵气损失,两者比较之下优劣程度还需要具体计算。

 

到这里,肯定有人会问了,你说的本田这台热效率高达39%的发动机,丰田那台热效率高达40%的发动机,还有将来45%热效率的发动机,他们都用在哪里呢?

他们都在一个相似的地方,就是混合动力车型上。简单的说,在很长时间内,真正省油的混合动力车型都是会使用自然吸气发动机。