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渦輪增壓發(fā)動機優(yōu)缺點是什么

「內(nèi)燃機·渦輪增壓」技術已達到成熟階段-目前并無缺點

目錄:

節(jié)油優(yōu)勢性能優(yōu)勢使用壽命維保成本制造成本

分析TURBO發(fā)動機的特點，需要從這五個方面入手。首先，Turbo技術普及的初衷并不是單純?yōu)榱颂嵘囕v性能，核心因素是降低車輛油耗。實現(xiàn)燃油經(jīng)濟性的前提是汽車的正常行駛需要合理的動力輸出。本文假設需要100馬力(PS)，發(fā)動機以2.0L排量為標準。

計算題

2.0L-NA自然吸氣發(fā)動機的最大扭矩為200?！っ?，在1000/4000轉/分的轉速范圍內(nèi)線性增加，在4000轉/分時會達到峰值。發(fā)動機轉速越高，油耗就越高，因為(轉速÷2)等于發(fā)動機的工作頻率，每次工作都要消耗燃油。2.0T渦輪增壓器最大扭矩為400?！っ?，可在1550/4400轉/分的范圍內(nèi)保持最大值。要達到100馬力，這兩臺機器各自的轉速是多少？

答:根據(jù)“馬力=轉速×扭矩÷9549×1.36”的公式，倒推計算基于以下準則。

2.0NA≈3900rpm2.0T＝2000rpm

誰更省油仍有爭議？

知識點:增壓器可以在大轉速范圍內(nèi)保持最大扭矩。此時的噴油量是根據(jù)[排量和進氣量]按照14.7:1的理論空燃油比計算的，因為進氣量充足。然而，自然吸氣發(fā)動機通過活塞運行的吸力或同時打開進氣門和排氣門來吸入空氣體。中低速范圍內(nèi)吸入的空氣體并不是標準排量(進氣量)，所以在中低速范圍內(nèi)，相同轉速下的噴油量確實比較少，比例可能只有60%~90%的范圍，一般認為這是NA車型省油的原因。

因為低速范圍內(nèi)的噴油量會略低于標準，達到相同馬力的速度差接近2000 rpm渦輪增壓的標準功是每分鐘1000次，即使噴油量等于1，那么1分鐘就要消耗1000個基數(shù)。

自然吸氣發(fā)動機每分鐘確實工作2000次，按照0.8的平均標準，同一分鐘消耗的燃油基數(shù)達到1600。因此，渦輪增壓發(fā)動機的節(jié)油性沒有爭議。在實際應用中，只要駕駛風格與駕駛NA相同，就會更低。但由于動力提升效果明顯，車輛用戶的駕駛習慣會變得越來越激進，所以科技可以省油，用戶也不會選擇省油，于是就有了Turbo好像要耗油的錯覺。

知識點2:從參數(shù)中可以看出一些線索。同排量發(fā)動機采用Turbo技術，最大扭矩不僅能在較大范圍內(nèi)穩(wěn)定峰值，還能比n a車型提高一倍。事實上，這是實現(xiàn)節(jié)油和大幅提升性能的基礎。

原理是“富氧燃燒”。燃燒燃料的過程是烴基可燃物質的氧化還原反應。在反應過程中，分子運動產(chǎn)生的驅動力和熱能是動力，通過結構轉化為扭矩。想要增加扭矩無非是增加可燃材料的數(shù)量，但是這種方式要耗費石油；其次是提高氧氣濃度，加強可燃物質的反應強度，這是比增加燃燒基效應更理想的方式，所以會出現(xiàn)扭矩的多階增加。

成本問題

增壓器是否需要每10萬公里更換一次總成？類似的問題在推廣初期比較常見，因為前期增壓器的材質比較差，在高溫高壓環(huán)境下容易損壞；一些知名品牌的車輛確實需要換一組10萬公里左右，但技術要回頭看，而不是固守過去。

目前，根據(jù)增壓器的材料標準，增壓器可以終身免維護，即與發(fā)動機總成具有相同的使用壽命。普通的汽油動力汽車就不討論了，這些機器的工況也沒那么差。我們要知道，所有的輕、中、重型廂式貨車都使用柴油發(fā)動機，而這些發(fā)動機都是缸內(nèi)直噴渦輪增壓器。車輛的行駛里程往往是幾百萬公里，渦輪增壓器更換頻繁？

維護費用也不用擔心！很多人說渦輪增壓發(fā)動機需要使用全合成機油，這是不準確的。很多性能適中的增壓器都可以使用半合成機油，但是性價比不高。

就算普通NA車型能用最便宜的礦物油，更換周期是5000公里嗎？每次換油都需要換機器濾芯，同時還會招致工時成本。在合成機油中，礦物油兩次保養(yǎng)的綜合成本似乎高于一次保養(yǎng)。合成機油可使用1萬公里，節(jié)省一個機器濾清器和一個工作小時。不值得嗎？而且NA車型不省油，沒有理想的動力體驗，簡單對比維修費用是不合理的，因為不在一個級別。

制造成本需要強調(diào)！廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的成本高于NA型。從研發(fā)到材料，從冷卻系統(tǒng)到車架匹配，都需要使用優(yōu)秀的高成本變速箱，擁有更高的“最大輸入扭矩”?？梢哉f渦輪增壓車的綜合成本會高很多，但是這里還有一個非常有趣的現(xiàn)象。

從≥ 6萬的水平來看，只要有自然吸氣發(fā)動機的車，就一定有渦輪增壓動力的車選。可見，誰的誠意更高，如何選擇你自己考慮。

渦輪增壓發(fā)動機真的省油嗎

「渦輪增壓技術」的普及初衷是為節(jié)油·同時可以提升性能表現(xiàn)

分析基礎:

增壓系統(tǒng)結構富氧燃燒概念扭矩馬力關系

要了解渦輪增壓發(fā)動機如何節(jié)油，掌握這三個知識至關重要。首先我們來看看增壓系統(tǒng)的循環(huán)原理:增壓器本身沒有動力系統(tǒng)，其渦輪葉輪的運轉既不是電驅動，也不是燃燒燃料和熱能驅動。

基礎知識的動力來源是內(nèi)燃機運行中的廢氣。燃油車配備“四沖程活塞往復循環(huán)熱機”，其第四沖程為排氣沖程。由于氣缸(燃燒室)內(nèi)的壓力很高，廢氣的流量和壓力也極高，很難在運動中堵塞排氣管。涉水行駛即使水位超過尾管，也會被排氣壓力推出。

因此可以看出尾氣的壓力有多高，所以高流量的高壓尾氣會帶動渦輪增壓器渦輪，其轉速會很快。渦輪增壓器渦輪由來自排氣歧管的高壓廢氣驅動，同時驅動進氣管中的葉輪以相同的速度旋轉。

圖1:增壓器的結構

圖2:完整結構的動態(tài)演示

“葉輪”在進氣系統(tǒng)中運行，轉速可高達每分鐘數(shù)萬轉至10萬轉以上?？湛諝馔ㄟ^排氣沖程的吸力和進氣沖程的負壓被吸入，當它流經(jīng)葉輪時，會被高速旋轉產(chǎn)生的壓力壓縮?？諝怏w由各種分子組成，其中主要有以下三種類型。

氮氣78%氧氣20.94%二氧化碳0.03%

剩下的是稀有氣體。各種分子之間是有間隙的，因為分子(和其中的電子)是互斥的；如果沒有壓力約束，空氣體理論上不存在。

這里所謂的20.94%的氧比標準，是零海拔的標準氧濃度；越靠近水平線，空氣體受重力約束的程度越高。說白了，空氣體的分子間隙是靠壓力(拉力)減小的，但是隨著海拔的升高，空氣體在重力的作用下會越來越小，失去束縛作用分子排斥的程度就會嚴重，或者可以理解為空氣體。

比如在5000米的高空，分子排阻理論會導致氧氣減少到11.5%。然而，裝有燃油車的內(nèi)燃機的運行基礎是單位體積的氧分子越多越好。然后，氧氣被外力壓縮得更“緊”——減少了分子間隙，增加了氧氣分子的數(shù)量。這是最理想的進氣方式嗎？

富氧燃燒渦輪增壓發(fā)動機增加氧氣濃度。需要增加燃油噴射嗎？很多非車輛用戶認為TURBO發(fā)動機耗油，這是由于對兩個概念的誤解。

TURBO-增氧不增量（體積概念）排量＋等于增量

渦輪增壓技術不會改變發(fā)動機的進氣量。比如2.0L-T的增壓器，每個氣缸的排量會是“0.5L”(升)；沒有助推器系統(tǒng)就不會變，加了助推器也不會變。是不是有點難以理解，增加的只是【固定標準量的氧分子數(shù)】？再看一張，你可能就放心了。

可以理解，標準海拔的氧濃度為20.94%，因此理解為“1l = 2094個氧分子”(例)。

2.0L-NA自吸為2094個2.0L-Turbo高度壓縮可增加到≥3000個

這就是所謂的“富氧狀態(tài)”。燃燒的本質是燃料碳氫化合物(或其他可燃物)的氧化反應。在反應過程中，【光能&:熱能】，其實能轉化為動力的熱能只是一個巧合的發(fā)現(xiàn)，然后通過機械結構得到很好的利用。

反應的本質是分子運動碰撞產(chǎn)生的驅動力，決定驅動力強弱的核心因素是氧氣的濃度，只要濃度高于常壓標準即可；然后分子運動產(chǎn)生的驅動力更強，所以渦輪增壓發(fā)動機依然按照空14.7:1的氣油比噴油，只是進氣系統(tǒng)稍有升級；提高扭矩的技術方向已經(jīng)從原來愚蠢的增加排量(增加油耗基數(shù))的方法，變成了先進的“標準燃油噴射-充氧加扭矩”的方法。

概念公制馬力是行業(yè)通用的單位標準，驅動力為運動效率1ps = 75kg 1m/1s(每秒每米)。在物體質量不變的前提下，馬力越大，運動速度越快。下面可以說明節(jié)油的基本方式:功率=扭矩×速度÷9549，馬力=功率× 1.36。一輛車需要足夠的馬力才能順利加速，而增加馬力的方法無疑有三種。

大扭矩×高轉速＝強勁大扭矩×低轉速＝合格小扭矩×高轉速＝合格

轉速的概念:曲軸每分鐘轉數(shù)，四沖程發(fā)動機曲軸轉兩圈，噴油一次。那么當然，發(fā)動機轉速越高，噴油頻率越高，也就是油耗越大，所以第三種組合雖然動力合格，但油耗總會高。

真實數(shù)據(jù)比較:

2.0L-NA平均最大扭矩200N·m左右（4000pm左右達到峰值）2.0T-增壓機峰值數(shù)據(jù)可達400N·m（1500~4000rpm區(qū)間維持峰值）

同樣排量和噴油量的發(fā)動機，2.0T增壓機的最大扭矩會高一倍，所以同樣馬力需求所要求的速度標準會差很多。比如需要100PS馬力時，2.0NA的轉速約為4000轉/分，但2.0T的這個水平低于1800轉/分。油耗高還是低有爭議嗎？

總結:渦輪增壓技術當然更省油，但因為動力強很多，用戶在實際駕駛時會迅速改變駕駛風格。養(yǎng)成高速駕駛快感的習慣后，油耗總會略高。但是，如果采用等效排量和推重比的增壓車，以自然吸氣車用戶的風格駕駛，那么油耗肯定要低很多。

(柴油機節(jié)油的原理也是高熱能、高扭矩-低速運轉)