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关于涡轮增压和自然吸气发动机一直以来都存在着很大的争论,尤其是油耗的问题,因为涡轮增压发动机的初衷就是经济、省油,至少这是厂商推广涡轮增压发动机的宗旨。
在高速公路行驶时,涡轮增压发动机因为基础排量较小,发动机转速较低,所以油耗会更低。但小排量涡轮增压需要增加进气量和喷油量才能获得更大的动力,所以总体来说:在高速工况下,油耗和同功率水平的自然吸气发动机相差不大。
那么船用柴油机,涡轮增压发动机和自然吸气发动机到底哪个更省油,尤其是在城市里行驶的时候呢?其实很多人都对这个问题感到困惑。其实从大部分用户的反馈来看,涡轮增压发动机并不是特别耗油,但也不是特别省油。一般来说,它比同排量的自然吸气发动机耗油更多,但比同性能指标更大排量的自然吸气发动机耗油要少很多。
涡轮增压发动机相比同功率的增压、自然吸气发动机,具有发动机小型化、轻量化、低转速、减少热交换损失、减少泵气损失等优势!虽然增压发动机没有更高的压缩比,在理论最大热效率上也不如自然吸气发动机(但只是理论上的,自然吸气发动机的最大热效率转速大多在2500转左右,我们在市区行驶时很难达到这个转速,更别说2500转巡航了,而常用的转速在1500-2000转之间时,自然吸气发动机的热效率往往与增压发动机相近,甚至更低),但总体效益还是正向的,也就是说,在功率相同的前提下,涡轮增压发动机更容易提高发动机的最大效率!
同功率的涡轮发动机比自然吸气发动机有“转速更低”的优势,低转速能带来什么好处呢?好处就是曲轴、活塞等部件的摩擦功!想想看,当车速达到120KM/H时,同功率的自然吸气发动机转速大多在2000转以上,而涡轮增压头在这个转速下的转速往往只有1600、1700转。这近500-800转的转速差,会减少涡轮增压头曲轴和活塞运动的“摩擦功”,所以低转速一定程度上也能省油。比如有些车型上的ECO模式,就是通过提前升挡来限制转速,从而省油!涡轮增压技术借助涡轮强制进气,不需要活塞运动太高就能吸气!说得简单点,也不准确。
排气涡轮所作的功=高速时自吸的摩擦功-低速时涡轮的摩擦功!
当然这个公式绝对不成立,只是我一时兴起编出来的,朋友们看看就好,不要太当真!!但是这个公式很容易看出,在获得同样的输出功率时,自然吸气发动机要付出的摩擦功比涡轮增压发动机要多!因为自然吸气的机头需要更高的转速才能得到“空气”,而涡轮发动机机头则是借助排气涡轮来获得“空气”(没有成本,有正收益)!所以我把两者联系起来,直观判断一下!
对于同功率的增压和自然吸气发动机头来说(同功率下,自然吸气排量往往更大),涡轮头的低速扭矩表现更佳。自然吸气发动机需要更高转速才能达到的功率和储备扭矩,涡轮增压发动机在低转速范围内就能实现。这样一来,涡轮增压发动机最大的优势就在于低转速,低转速带来的摩擦功损失更低。因此,同功率下增压发动机比自然吸气发动机更省油,这在理论上是完全正确的!
动力持续:涡轮发动机比自然吸气发动机更省油!
相同排量:涡轮比自吸更耗油!(相对而言)
前些年,豪华车普遍采用大排量自然吸气发动机的时候,确实是“油老虎”。这是因为发动机功率很大,但一般道路行驶只能使用总功率的40%,剩下的功率就叫“备用功率”,如果不使用这个备用功率涡轮增压和自然吸气 热效率,就相当于一个有100人的单位,平时工作只需要40个人干,但剩下60个人的工资还是要发的,只有领导来视察或者年终盘点的时候,这100个人才会一起干活。这样一来,运营成本就很高。不仅如此,大排量、多缸发动机增加了汽车的整体质量涡轮增压和自然吸气 热效率,这也是油耗的一个因素。后来领导想出了一个办法,把剩下的60个人炒了,等事情多了,再把这40个人“盘活”,大家的能力就提高了,问题就解决了。
当然,省油还有一个关键因素就是人,不同的人有不同的驾驶习惯和驾驶风格,这也决定了不同的油耗。不同的驾驶风格可能会导致同一款车百公里油耗相差3-4升甚至更多。所以对于那些涡轮增压车型,如果开起来比同排量的自然吸气发动机更舒服,而且经常开得比较猛烈,那就根本没经济性可言了。
无关
那些越来越省油的自然吸气发动机
这里我还要补充一句,那就是日系车厂在自然吸气发动机上做出的贡献,也就是本田、丰田、马自达等日系厂商所研发的小排量自然吸气发动机。这些发动机都有一个共同的特点船舶电子与信息设备保养,就是排量更小,动力更强,消耗更低。用更小的排量获得更大的动力,油耗更低。如果大家有兴趣的话,下次有机会我会详细说说这三款日系发动机。
传统汽油发动机示意图
阿特金森汽油发动机图解