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涡轮增压发动机不应该很耗油吗?为什么现代涡轮增压发动机更省油

过去,涡轮增压发动机动力强劲但燃油经济性差是众所周知的。这无需过多思考便显而易见,因为涡轮增压器会将大量空气(氧气)送入

过去,涡轮增压发动机动力强劲但燃油经济性差是众所周知的。这无需过多思考便显而易见,因为涡轮增压器会将大量空气(氧气)送入气缸,并提供相应量的燃油(达到或超过理论空燃比),从而获得爆发性的动力。

然而,随着时间的推移,人们对涡轮增压器的看法发生了改变。这主要源于“小型化”理念的兴起,而小型化又基于环境保护和燃油效率的考量。简而言之,小型化就是减小发动机排量,其理念在于避免不必要的大排量,而应根据实际需要设定排量。诚然,发动机功率对于保持绝对加速和超高速行驶至关重要,但这需要较大的排量。然而,另一方面,在高速公路上巡航或在普通城市街道上行驶,并不需要强大的发动机功率。这两种性能需求可以说是相互矛盾的。

然而,有一种方案可以一举解决这个问题:使用涡轮增压器。涡轮增压器是一种利用先前排放到大气中的废气(热能)来压缩进气,从而增加发动机排量的装置。因此,人们过去认为涡轮增压器仅仅是为了提高输出功率,认为只需增加发动机的进气量和燃油喷射量就能获得强大的动力。然而,随着小型化理念的出现,人们对涡轮增压器的认识发生了转变,它变成了一种可以根据需要改变发动机排量的装置。

简而言之,其理念是,当需要动力时(当需要大节气门开度时),通过涡轮增压效应增加动力(排量);而当小节气门开度就足够时,则使用燃油效率极佳的自然吸气式小排量发动机,而无需使用涡轮增压器。

如今,涡轮增压器通过增压效应提升发动机动力,但当你体验过现代小型涡轮增压器后,就能清楚地理解安装涡轮增压器的目的。它带来的并非过去那种令人窒息的动力感,而是一种动力和扭矩的平衡,使车辆行驶更加平顺,同时,由于排量较小,燃油效率也得到了显著提升。

这种小型化涡轮增压器旨在仅在所需转速范围内提供所需的增压量,从而提高燃油效率。尤其是在低速运转时,涡轮增压器性能的提升能够进一步提高燃油效率,而低速运转一直是涡轮增压器的弱项。

首先,从涡轮增压器本身来看,通过旋转涡轮实现增压的基本原理与以前相同,利用 CFD 开发和设计了高效涡轮叶片,并采用了电动废气旁通阀,从而提高了增压响应,但涡轮单元本身已经发生了重大变化。

随着涡轮增压器性能的提升,高雾化效率燃油喷射器的研发和应用也产生了重大影响。简而言之,这提高了燃烧效率。此外,缸内直喷技术的实际应用——即直接将燃油喷入气缸而非间接喷入进气歧管——也是燃油喷射方式发展的重要因素。缸内直喷能够减少爆震,并允许更高的压缩比,从而提高燃烧效率。这意味着,只需更少的燃油即可达到与之前相同的动力输出。

各种电子控制技术的进步也是提高效率的重要因素。最终,这会提高热效率,但小型化的基础理念是尽可能高效地燃烧每毫升燃料,减少发动机侧的损耗,并尽可能多地利用能量来驱动汽车。

此外,汽车技术的整体发展也不容忽视。

人们普遍认为空气动力性能的影响尤为显著。然而,由于空气阻力与速度的平方成正比,因此在城市驾驶等低速行驶时,这种影响很难察觉,但在高速行驶时却至关重要。如果想要保持相同的速度,空气动力性能越好,油门开度就越小,这可是件大事。

降低滚动阻力也是如此。降低传动系统的阻力(减少机械损耗),直到发动机的旋转动力传递到轮胎,这方面并没有取得什么重大突破。更确切地说,这需要逐步降低每个传动齿轮的旋转阻力和滑动阻力,但当所有这些努力累积起来时,就能显著降低机械损耗。同样的道理也适用于既能提高燃油效率又能降低滚动阻力的轮胎。

过去,涡轮增压系统的设计仅仅是为了提高动力输出,但随着通过缩小尺寸来提高效率的理念日益普及,可以说这已经带来了环境和实际性能的提升,包括燃油效率。