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涡轮增压发动机优缺点是什么

「内燃机·涡轮增压」技术已达到成熟阶段-目前并无缺点

目录:

  1. 节油优势
  2. 性能优势
  3. 使用寿命
  4. 维保成本
  5. 制造成本

分析涡轮增压(TURBO)发动机的特点,需要从这五个方面着手。首先Turbo技术的普及初衷并不是单纯为提升车辆性能,核心因素是为降低车辆油耗;实现节油的前提是汽车正常驾驶需要合理的动力输出,本篇假设需要是100马力(PS),发动机以2.0L排量为标准。

 


计算题

2.0L-NA自然吸气发动机最大扭矩200N·m,在1000/4000rpm的转速区间线性提升,4000转将将达到峰值。发动机的转速越高油耗就会越高,因为(转速÷2)等于发动机做功频率,每次做功都是要消耗燃油的。2.0T涡轮增压机的最大扭矩为400N·m,可以在1550/4400rpm区间维持最大数值,那么这两台机器实现100马力的各自转速是多少呢?

答案:按照「马力=转速×扭矩÷9549×1.36」的公式反推计算,标准如下。

  • 2.0NA≈3900rpm
  • 2.0T=2000rpm

谁更节油还有争议吗?

 


知识点:增压机在很大的转速范围内可维持最大扭矩,此时的喷油量是按照【排量·进气量】以14.7:1的理论上空燃比计算,因为进气是充足的。但是自然吸气发动机是依靠活塞运行或进排气门同步开启的吸力吸入空气,在中低转速区间的吸入的空气并不是标准排量(进气量),所以在中低转速范围内,相同转速的喷油量确实是要少一些,比例也许只是60%~90%区间,这是普遍认为NA机型节油的原因,但综合转速差值计算就没有意义了。

 

因为按照低转速区间喷油量会略低一些为标准,达到相同的马力的转速差值接近2000转;涡轮增压标准做功每分钟1000次,就算一次喷油量等于1吧,那么1分钟就要消耗1000个基数。

而自然吸气发动机是每分钟做功2000次,按照平均0.8的标准计算,同样一分钟内消耗的燃油基数达到了1600个。所以涡轮增压发动机的节油是没有争议的,实际应用中只要驾驶风格与驾驶NA相同则会更低;但是因动力的提升效果非常明显,车辆用户的驾驶习惯会越来越激进,所以技术可以节油而用户不选择节油,于是出现了Turbo似乎费油的错觉。

 


知识点2:从参数可以看出一些端倪,相同排量的发动机采用Turbo技术,最大扭矩不仅能在很大范围内稳定峰值,同时可以比NA机型翻一倍。其实这才是实现节油,同时做到性能大幅提升的基础。

原理为「富氧燃烧」,燃烧燃油的过程是碳氢化合物为主的可燃物的氧化还原反应,在反应过程中分子运动产生的推动力和热能是动力,通过结构转化为扭矩。想要提升扭矩无非是提升可燃物的数量,但是这种方式会费油;其次则是增加氧浓度,加强可燃物的反应强度,这是比增加燃烧基数效果更理想的方式了,所以才会出现扭矩的倍数级增长。

 


成本问题

增压器是不是每十万公里就要更换总成?类似的问题普及早期比较多出现,因为初期的增压器材料比较差,在高温高压的环境中是容易损坏的;有些知名品牌的车辆确实要10万公里左右更换一组,但技术要往后看而不是抓住从前不放。

以目前增压器材料标准,增压器可以做到终身免维护,也就是与发动机总成的使用寿命相同;普通汽油动力车辆不讨论,这些机器的运行工况是没有那么恶劣的。要知道所有轻中重型客货车都用柴油发动机,而这种发动机都是缸内直喷的涡轮增压机,车辆行驶里程动辄上百万公里,频繁更换过增压器?

 


养护成本同样不需要担心!很多人说涡轮增压发动机需要用全合成机油,这种说法并不准确,很多性能中庸的增压机是可以用半合成机油的,但是并不划算。

就算普通NA机型可以用最便宜的矿物机油,然而更换周期是不是5000km?每次更换机油时都需要更换机滤,同时还会产生工时费用;似乎两次矿物机油的保养,综合费用比一次全合成机油的保养更高;而全合成机油可以用到一万公里,这就节省了一个机滤和一次工时,难道不划算?而且NA机型又不节油,同时也没有理想的动力体验,单纯对比养护成本是不合理的,因为不在同一级别。

 


制造成本需要着重说明!废气涡轮增压系统的各项成本都要比NA机型高,从研发到材料,从冷却系统到车架匹配,综合需要使用「可承受最大输入扭矩」更高的优秀高成本变速箱;可以说涡轮增压汽车的综合成本会高得多,但是这里又有一个非常有趣的现象。

从≥6万级别开始,只要有自然吸气发动机汽车可选,就一定会有涡轮增压动力的汽车选项;由此可见谁的诚意更高了,如何选择自己考虑吧。

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