渦輪增壓省油的原理

（增壓）有效利用增大的轉(zhuǎn)矩可以提高車輛的行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性，如下述兩種方法。

1，改變車輛的齒輪轉(zhuǎn)速比，使其以發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗良好的低轉(zhuǎn)速行駛。

2，小排量發(fā)動(dòng)機(jī)安裝增壓器，可以取得與大排量發(fā)動(dòng)機(jī)（不增壓）同等的動(dòng)力性能，而且由于泵氣損失和機(jī)械損失比大排量發(fā)動(dòng)機(jī)小，可提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

這幾句話不是我說(shuō)的，這是摘自日本自動(dòng)車技術(shù)會(huì)編纂的《汽車工程手冊(cè)》之基礎(chǔ)理論篇。

1.為什么低傳動(dòng)比能省油？

我們以寶馬為例，上一代E90 330i用的是258馬力的3.0自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這一代F30 328i用的是245馬力的2.0渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，總體來(lái)說(shuō)兩者動(dòng)力水平相當(dāng)具有可比性。

以下是兩者傳動(dòng)比的對(duì)比圖（手動(dòng)擋，都是六個(gè)擋容易對(duì)比）

很明顯，在終傳比基本相等情況下，各擋位下新328i比舊330i的傳動(dòng)比有平均18%的降低，在考慮到新3系車輪要比老3系大一號(hào)，因此在車速相同的情況下，新328i的轉(zhuǎn)速較老330i有22%左右的降低。

我們知道，轉(zhuǎn)速越低，單位時(shí)間內(nèi)活塞環(huán)與氣缸壁摩擦的次數(shù)越少，因此摩擦損失會(huì)減少。如果不是轉(zhuǎn)速低到讓燃燒變得惡劣，同車速下，基本上可以說(shuō)轉(zhuǎn)速越低，油耗就越低。

老330的最大扭矩為310NM，在轉(zhuǎn)速2600rpm時(shí)達(dá)到，這對(duì)于自吸機(jī)已是很不錯(cuò)的水平。新328從1250-4800rpm都能輸出350NM的最大扭矩。

渦輪機(jī)的扭矩明顯大且扭矩平臺(tái)寬，這樣即便是降低了傳動(dòng)比，在最大功率偏小的情況下，新328的加速還是要比老330快。（5.7s VS 6.1s，0-60mph，美國(guó)官網(wǎng)數(shù)據(jù)）

小結(jié)：渦輪機(jī)扭矩大，可以讓傳動(dòng)比更小，轉(zhuǎn)速降低了，所以能省油。

2. 為什么小排量化可以省油

這個(gè)其實(shí)應(yīng)該算是常識(shí)了，小排量發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)然比大排量發(fā)動(dòng)機(jī)省油。那么加上渦輪這個(gè)因素之后，情況會(huì)有什么變化呢？

按日本人的說(shuō)法，我們先從泵氣損失開(kāi)始說(shuō)。發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣過(guò)程是，進(jìn)氣門打開(kāi)，活塞下行，空氣被吸進(jìn)氣缸。這個(gè)過(guò)程類似用吸管喝可樂(lè)，是人的肺做功在嘴里形成了真空度，所以可樂(lè)被吸進(jìn)了嘴里。這個(gè)過(guò)程是消耗能量的，可以當(dāng)做是進(jìn)氣的泵氣功即。

而對(duì)于渦輪增壓機(jī)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于有一只無(wú)形的手在幫你捏可樂(lè)瓶，你嘴基本不用吸，可樂(lè)自己就從吸管進(jìn)到嘴里了，你省下了力量，就是泵氣損失減小了。

說(shuō)完了泵氣損失，再說(shuō)機(jī)械損失。機(jī)械損失包括活塞與活塞環(huán)的摩擦損失，活塞連桿曲軸機(jī)構(gòu)中的摩擦損失，以及驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)以及附屬機(jī)構(gòu)的損失等等。

小排量發(fā)動(dòng)機(jī)活塞更小，活塞環(huán)更小，行程更小，摩擦面積更小，連桿曲軸配氣機(jī)構(gòu)等等都會(huì)相應(yīng)縮小，所以整體的機(jī)械損失會(huì)更小，這個(gè)應(yīng)該很容易理解。

渦輪增壓是一種省油的方法

“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.”

“渦輪增壓技術(shù)現(xiàn)在在所有的內(nèi)燃機(jī)上面幾乎都有應(yīng)用，這是因?yàn)闇u輪增壓可以提升效率。我覺(jué)得這和排量法規(guī)并無(wú)聯(lián)系，這是工程優(yōu)化的結(jié)果。”

這是針對(duì)渦輪是否省油的問(wèn)題，奔馳和MAN退休高管漢思騰先生給我的回答。

我們看到最近這些年的新車，都號(hào)稱相對(duì)于上一代車型有15%-25%的效率提升。從工程的角度，比如說(shuō)我們想要實(shí)現(xiàn)15%的節(jié)油，怎么辦？搞輕量化車身，節(jié)油3%；搞低阻力輪胎，節(jié)油2%；優(yōu)化空氣動(dòng)力學(xué)，節(jié)油2%；加個(gè)自動(dòng)啟停，節(jié)油3%。這還差5%咋辦？上個(gè)渦輪增壓吧。

其實(shí)就是這么個(gè)理，對(duì)于廠商來(lái)說(shuō)渦輪增壓是可選的省油辦法之一。前面幾個(gè)數(shù)字是我隨口說(shuō)的，不過(guò)渦輪增壓能省油5%可是豐田說(shuō)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. 

我們估計(jì)1.4的渦輪增壓機(jī)要比2.0的NA機(jī)提升5%的燃油經(jīng)濟(jì)性。

——豐田的首席工程師小木曾聰Satoshi Ogiso

并不是說(shuō)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)一定會(huì)很省油一定比自然吸氣省油，而是說(shuō)對(duì)于廠商來(lái)說(shuō)渦輪增壓是一個(gè)能省油的技術(shù)，是優(yōu)化效率的方向之一。有的廠商選了這條路，搞全面增壓化；而有的廠商沒(méi)選這條路，從其他一些方面下功夫，也達(dá)到了很高的效率。

像馬自達(dá)這種獨(dú)辟蹊徑用阿特金森循環(huán)超高壓縮比的，我是很佩服的。創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)用夸張的4-2-1排氣，輕量化的曲軸連桿，另外還用響應(yīng)積極且高效變速箱等等，彌補(bǔ)了阿特金斯循環(huán)動(dòng)力不足的先天缺陷，從而比較好的兼顧了動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。馬自達(dá)的做法就是從別的地方把這5%找回來(lái)了。

舉例

由表3-1可知，相似動(dòng)力表現(xiàn)的渦輪增壓機(jī)比自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)可省油約9%或少一點(diǎn)。只有寶馬3系上的2.0渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于其3.0自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)在燃油經(jīng)濟(jì)性方面有高達(dá)30%的提升。

——《美國(guó)未來(lái)輕型汽車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)》

可以看到，燃油經(jīng)濟(jì)性提升最低的大眾2.5NA對(duì)2.0T也有5.5%，要知道這個(gè)2.0T無(wú)論功率還是扭矩都比那臺(tái)老掉牙的2.5NA大得多。考慮到年代差，美國(guó)人這么比也不能說(shuō)不合理。總的來(lái)說(shuō)還是印證了前面豐田首席工程師渦輪效率提升5%的說(shuō)法。

這個(gè)5%我們可以認(rèn)為是單單渦輪貢獻(xiàn)的（我個(gè)人認(rèn)為是保守?cái)?shù)字），而通常來(lái)說(shuō)新車型都會(huì)有15%-25%的燃油經(jīng)濟(jì)性提升。（前面寶馬的例子屬于比較夸張的，美標(biāo)下提升30%，國(guó)標(biāo)下提升58%）我們看看其他廠家怎么說(shuō)：

本田舉例說(shuō)，新1.5T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)與經(jīng)典的1.8NA相比，扭力輸出提升45%，燃效提升15%。該款發(fā)動(dòng)機(jī)將最先用于替代謳歌ILX的2.0NA發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠在稅費(fèi)進(jìn)一步降低的情況下性能大幅提升，ILX的競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)大大增強(qiáng)。

從實(shí)用工況看渦輪增壓省油原理

先教大家看這個(gè)圖。這個(gè)圖叫做油耗特性曲線，是表示發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下油耗的。橫軸是轉(zhuǎn)速，縱軸是扭矩（或者有效壓力），上面的等高線是燃油消耗率，單位是克/千瓦時(shí)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出1度電的功需要燒掉多少克油。這個(gè)數(shù)自然是越低越省油。等高線最上面的邊界叫外特性線，就是油門踩到底的意思。

我現(xiàn)在想省油，我想知道圖里藍(lán)線的這臺(tái)2.6L自然吸氣在什么工況下效率最高？我們看到最低240的這個(gè)圈橫軸大概對(duì)應(yīng)2000-3000rpm，扭矩在80%-90%，所以說(shuō)可以認(rèn)為在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速兩三千的時(shí)候，油門幾乎踩到底，這時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是最高的。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題了么？你根本不能維持在這個(gè)狀態(tài)，你要是真在兩千轉(zhuǎn)下油門幾乎踩到底的話，轉(zhuǎn)速一下子就竄上去了，馬上就會(huì)離開(kāi)這個(gè)最高效率工況區(qū)。實(shí)際你也不可能讓車子一直處于加速狀態(tài)。

之前有些人說(shuō)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)最高效率能做到40%，所以自吸機(jī)效率高。這其實(shí)是沒(méi)意義的，因?yàn)閷?shí)際使用中這個(gè)最高效率的工況點(diǎn)是極少用到的。在日常使用中，大腳踩油門的工況是極少見(jiàn)的。

相反，在日常駕駛時(shí)99%的時(shí)間內(nèi)，油門都沒(méi)有踩過(guò)30%，轉(zhuǎn)速不超過(guò)2500rpm。在這些小負(fù)荷低轉(zhuǎn)速的工況區(qū)，小排量增壓機(jī)的效率具有優(yōu)勢(shì)，從這張圖也能看出這點(diǎn)。

所以啊，有些人不要聽(tīng)風(fēng)就是雨，說(shuō)渦輪增壓不省油搞個(gè)大新聞。奔馳寶馬這些全面渦輪化的車企，從領(lǐng)導(dǎo)層到工程師難道都沒(méi)有幾個(gè)大V機(jī)靈嗎？各位還是要提高自身的姿勢(shì)水平啊！