为什么涡轮和自吸优劣这么难争出个结论

3540天前

vlsss

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静静的做个吃瓜群众

历史车库

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  关于涡轮和自吸的优劣可谓众说纷坛。一开始有人说涡轮动力好又省油,然后有人说其实涡轮并不省油,输出还不线性,还是自吸好。又有人说涡轮适合巡航,或者说适合市区频繁启停。竟然也有人说自吸适合巡航,适合市区频繁启停。同样的观点竟然两方都拿来维护自己,并且都拿出了某些数据来佐证自己。  所以我打算用具体问题具体分析的方法来评判二者优劣。  涡轮扭矩上升快,以及上升到顶点之后有一个宽广的扭矩平台这个特性大家都知道。相比之下,自吸的扭矩是缓慢上升,直到一个很高的转速才回到峰值。  为什么难以分出个优劣?因为变量太多。  变量都有什么?压缩比,泵气效率,机械效率,热效率,燃效,排量,转速,负荷/节气门开度,增压值,扭矩,油耗。  这么多因素之间相互影响,而大众辩论者往往只抓了部分方面却忽视了更多方面就去比较,所以结果往往过于片面。最常见的就是有些声称涡轮费油的人使用这样一个观点:说涡轮在市区路况频繁启停时更费油,却忽视了那时涡轮输出了多么强大的动力,而作为参照的自吸只是因为输出动力弱才相对省油。  所以公平起见,我选择以特定转速下输出特定扭矩所消耗的燃油作为比较标准。之所以选择扭矩而不是功率,是因为功率是由扭矩与转速相乘得出的。这样如果只是功率相同而扭矩、转速有较大差异,那样会造成更大麻烦。但以定转速扭矩作为标准的比较方法,也须结合实际工况来最终确定发动机的效率。  不管涡轮还是自吸,最终都是燃油燃烧,内能转化为机械能,只不过在各个环节损失和耗费的能量不同。  1 排量对效率的影响。  1.1 机械效率:小排量因摩擦而损失的机械能更多,而大排量在动能上损失的机械能更多。  1.2 小排量的热效率较低,但排量增大到一定程度之后,因为火焰传播速度的影响,热效率又会降低。在这两个因素影响下有一个最佳单缸排量:500ml。  2 压缩比:因为涡轮对气体的压缩导致实际吸入气缸的气量远远大于在自然吸气下吸入的气量,这导致涡轮增压无法将压缩比做得太大,否则易产生爆震。增压值越大,发动机吸入的空气越多,输出的动力也就越强,但相应的要降低压缩比以避免爆震。但如果降低了压缩比,意味着燃气所做的功被利用的就少了,损失的多了。这要是一个需要权衡的问题。  3 泵气效率/负荷/节气门开度。太大或者太小都会造成效率低下。让发动机保持在中等负荷下泵气效率是最高的。  4 转速:更高的转速意味着更低的机械效率,这对需要高转速来拉高功率的发动机是个坏消息,尽管那样的声浪可能很动听。  现在我们来看自然吸气的劣势。其实NA的劣势主要就两方面,一是机械动能损失,因为要驱动更大型的活塞做更大幅度的运动,另外则是在低负荷下,泵气损失较大。  而涡轮的劣势,首先,是小排量造成的机械摩擦损失系数较大,但这个系数的较大却因为摩擦面积和位移的减小而基本相互抵消。这还是在缸数相同的情况下做出的比较。如果NA是以更多的缸数来达到的相同的扭矩,那么NA的机械摩擦损失会更大一些。  那么涡轮真正的劣势,主要还是在于压缩比降低造成的燃效降低,而热效率在一定范围内并没有很大的变动。需要指出的是,压缩比的降低在整个转速区间都存在,而且低转速和负荷下会更厉害。当进入峰值扭矩平台之后,相对浪费的还要少一些。  所以,在低负荷下,无论NA还是涡轮都有一个很降低效率的痛点,只不过是谁更剧烈,以及调教更偏向于低转还是高转的问题。在低负荷下,二者的效率都不如小排量NA。但小排量NA在高负荷输出时的效率既不如涡轮,也不如大排量NA。因为高转速带来的机械损失更高。这种对于大排量NA和涡轮只是中等负荷的区间,他们二者都可以通过降低转速来降低机械损失。  所以真想讨论如何省油的话,还是要遵循这样一条规则:去选择在尽可能多时间的工况下负荷正好处于这个发动机最经济的中等负荷区间的发动机。但这是一个经济型的选择,而不是一个性能的选择。如果要选择性能,那只能会这样:功率储备越大,就越不经济。无论对于涡轮还是NA都是这样。  这样说有点远了,仍然回到问题的开始。对于都处于中等负荷区间的涡轮和NA来说,谁更经济?  这是个无法得出确切答案的结论。因为很大程度上,这取决于调教。但是NA再怎么调教压缩比和进排气,也只是在不同转速下效率有所不同的侧重,二者组合起来甚至可以在整个区间都取得不错的响应。而增压值势必要让压缩比做出某种程度的让步,虽然增压是个在有限排量下榨取动力的好办法,甚至可以榨到惊人的地步,但是榨得越多,效率也会越低。  不过在民用的区间,厂家都懂得“权衡”这个概念,他们会满足你一定的对动力储备的追求,也不会把油耗搞到太离谱的地步。而且涡轮这种增大动力储备的方式使发动机并不会因为压缩比问题比同排量的小排量NA在多数的中负荷工况时多费多少油。综合来看,稍微压一些,大部分情况下,确实在提升了动力储备的同时,也能更省;因为你不可能不留储备,只要你留储备,增压就能钻空子。真要想追求经济性的极致的话,还是温和开车,那样选择那些动力相对较弱的车型就够了。但那样也是涡轮能更好地兼顾动力和经济性,毕竟NA不容易做到总是充分利用空间。什么时候NA省油呢?那就是当它能充分泵入空气,压缩比提高到爆震边缘,如果这时它因高转速、高质量和高摩擦带来的机械损失还没有超过同等动力的小排量更低压缩比涡轮(注意是更低压缩比)的燃效损失,那么这时NA更经济。但是涡轮完全可以在这个转速之下的广阔空间打败NA。事实上涡轮只要不妥协压缩比,总可以在更广的转速区间做出至少不低于NA的扭矩平台。而更进一步的增压,只要厂商在市场调研后敢上,一般也是值得的。

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