汽車渦輪增壓發(fā)動機為什么能省油？

近來，渦輪增壓不省油這個觀點甚囂塵上。一些一瓶子不滿半瓶子咣當(dāng)?shù)乃^專業(yè)人士，也來鼓吹這種渦輪不省油的言論，某些大V也靠吹自吸踩增壓圈了不少粉。我們作為相關(guān)專業(yè)或者說行業(yè)內(nèi)的人，有必要給大家掰扯掰扯這個事。

一、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)動機燃油消耗良好的低轉(zhuǎn)速行駛。

2，小排量發(fā)動機安裝增壓器，可以取得與大排量發(fā)動機（不增壓）同等的動力性能，而且由于泵氣損失和機械損失比大排量發(fā)動機小，可提高燃油經(jīng)濟性。

這幾句話不是我說的，這是摘自日本自動車技術(shù)會編纂的《汽車工程手冊》之基礎(chǔ)理論篇。

1.為什么低傳動比能省油？

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)動機，這一代F30 328i用的是245馬力的2.0渦輪增壓發(fā)動機，總體來說兩者動力水平相當(dāng)具有可比性。

以下是兩者傳動比的對比圖（手動擋，都是六個擋容易對比）

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，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時達到，這對于自吸機已是很不錯的水平。新328從1250-4800rpm都能輸出350NM的最大扭矩。渦輪機的扭矩明顯大且扭矩平臺寬，這樣即便是降低了傳動比，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，美國官網(wǎng)數(shù)據(jù)）

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

2. 為什么小排量化可以省油

這個其實應(yīng)該算是常識了，小排量發(fā)動機當(dāng)然比大排量發(fā)動機省油。那么加上渦輪這個因素之后，情況會有什么變化呢？

按日本人的說法，我們先從泵氣損失開始說。發(fā)動機的進氣過程是，進氣門打開，活塞下行，空氣被吸進氣缸。這個過程類似用吸管喝可樂，是人的肺做功在嘴里形成了真空度，所以可樂被吸進了嘴里。這個過程是消耗能量的，可以當(dāng)做是進氣的泵氣功即。而對于渦輪增壓機來說，相當(dāng)于有一只無形的手在幫你捏可樂瓶，你嘴基本不用吸，可樂自己就從吸管進到嘴里了，你省下了力量，就是泵氣損失減小了。

說完了泵氣損失，再說機械損失。機械損失包括活塞與活塞環(huán)的摩擦損失，活塞連桿曲軸機構(gòu)中的摩擦損失，以及驅(qū)動配氣機構(gòu)以及附屬機構(gòu)的損失等等。小排量發(fā)動機活塞更小，活塞環(huán)更小，行程更小，摩擦面積更小，連桿曲軸配氣機構(gòu)等等都會相應(yīng)縮小，所以整體的機械損失會更小，這個應(yīng)該很容易理解。

二、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)燃機上面幾乎都有應(yīng)用，這是因為渦輪增壓可以提升效率。我覺得這和排量法規(guī)并無聯(lián)系，這是工程優(yōu)化的結(jié)果?！?/p>

這是針對渦輪是否省油的問題，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，都號稱相對于上一代車型有15%-25%的效率提升。從工程的角度，比如說我們想要實現(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)化空氣動力學(xué)，節(jié)油2%；加個自動啟停，節(jié)油3%。這還差5%咋辦？上個渦輪增壓吧。其實就是這么個理，對于廠商來說渦輪增壓是可選的省油辦法之一。前面幾個數(shù)字是我隨口說的，不過渦輪增壓能省油5%可是豐田說的。

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1.4的渦輪增壓機要比2.0的NA機提升5%的燃油經(jīng)濟性。

——豐田的首席工程師小木曾聰Satoshi Ogiso

并不是說渦輪增壓發(fā)動機一定會很省油一定比自然吸氣省油，而是說對于廠商來說渦輪增壓是一個能省油的技術(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；而有的廠商沒選這條路，從其他一些方面下功夫，也達到了很高的效率。像馬自達這種獨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，彌補了阿特金斯循環(huán)動力不足的先天缺陷，從而比較好的兼顧了動力性和燃油經(jīng)濟性。馬自達的做法就是從別的地方把這5%找回來了。

三、舉例

由表3-1可知，相似動力表現(xiàn)的渦輪增壓機比自然吸氣發(fā)動機可省油約9%或少一點。只有寶馬3系上的2.0渦輪增壓發(fā)動機相對于其3.0自然吸氣發(fā)動機在燃油經(jīng)濟性方面有高達30%的提升。

——《美國未來輕型汽車技術(shù)發(fā)展趨勢》

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

這個5%我們可以認(rèn)為是單單渦輪貢獻的（我個人認(rèn)為是保守數(shù)字），而通常來說新車型都會有15%-25%的燃油經(jīng)濟性提升。（前面寶馬的例子屬于比較夸張的，美標(biāo)下提升30%，國標(biāo)下提升58%）我們看看其他廠家怎么說：

本田舉例說，新1.5T渦輪增壓發(fā)動機與經(jīng)典的1.8NA相比，扭力輸出提升45%，燃效提升15%。該款發(fā)動機將最先用于替代謳歌ILX的2.0NA發(fā)動機，能夠在稅費進一步降低的情況下性能大幅提升，ILX的競爭力也會大大增強。

四、從實用工況看渦輪增壓省油原理

先教大家看這個圖。這個圖叫做油耗特性曲線，是表示發(fā)動機在各工況下油耗的。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，就是發(fā)動機輸出1度電的功需要燒掉多少克油。這個數(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，我想知道圖里藍線的這臺2.6L自然吸氣在什么工況下效率最高？我們看到最低240的這個圈橫軸大概對應(yīng)2000-3000rpm，扭矩在80%-90%，所以說可以認(rèn)為在發(fā)動機轉(zhuǎn)速兩三千的時候，油門幾乎踩到底，這時候發(fā)動機的效率是最高的。發(fā)現(xiàn)問題了么？你根本不能維持在這個狀態(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，馬上就會離開這個最高效率工況區(qū)。實際你也不可能讓車子一直處于加速狀態(tài)。

之前有些人說自然吸氣發(fā)動機最高效率能做到40%，所以自吸機效率高。這其實是沒意義的，因為實際使用中這個最高效率的工況點是極少用到的。在日常使用中，大腳踩油門的工況是極少見的。相反，在日常駕駛時99%的時間內(nèi)，油門都沒有踩過30%，轉(zhuǎn)速不超過2500rpm。在這些小負荷低轉(zhuǎn)速的工況區(qū)，小排量增壓機的效率具有優(yōu)勢，從這張圖也能看出這點。

所以啊，有些人不要聽風(fēng)就是雨，說渦輪增壓不省油搞個大新聞。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有幾個大V機靈嗎？各位還是要提高自身的姿勢水平啊！