渦輪增壓與自然吸氣大對決!

隨著人們生活水平提高,越來越多的家庭已經將汽車作為日常生活用品。而大家在選購汽車時候,在動力系統上有些人偏向於自然吸氣發動機(下文簡稱自吸),而有些人偏向於渦輪增壓發動機(下文簡稱渦增)。早些年的時候自吸佔據了大半江山,很多人不屑於渦增的汽車。而當下由於政策和環保的原因原因再加上技術的進步,渦增已經佔領的絕大部分的市場,依然在苦苦堅守的只剩下馬自達等少部分廠商。因此渦增與自吸到底誰好誰壞,短短几年神一般的翻轉,使得用戶在選購汽車時候有些無所適從。那到底自吸與渦增有什麼區別呢?接下來由我跟大家詳細介紹。

渦輪增壓與自然吸氣大對決!

排量越大動力越大?

廠商為了加以區別,在標註排量時候“L”結為一般是自吸發動機,而“T”結為為渦增發動機。

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排量標識

大家都知道動力與排量有關,畢竟一般情況下大排量總比小排量的發動機要高。但其實我要告訴你的是,嚴格意義來說動力跟排量半毛錢關係都沒有。如果有直接關係那1.5T的渦增發動機動力就要小於1.8L的自吸發動機,但現實往往是相反的。實際上動力只與空氣-燃油混合氣體(下文簡稱混合氣體)的重量有關,重量越大則動力越大。

為什麼說是和重量有關而不是體積有關呢?這就好比30斤的液化氣罐體積大概35升,但是如果放出來能夠達到好幾百立方米一樣的道理。所以混合氣體重量一樣的時候,那麼也就代表著它能夠提供多少了熱量,進而決定了能夠提供多少動力。

之所以囉嗦那麼多隻是為了告訴大家,所謂的排量是以汽缸容積做標準,而並不以混合氣體重量做評判。汽缸容積不變情況下,可以壓縮混合氣體體積達到增大重量,提升動力的目的。

速度越高越耗油?

這一問題如果是在勻速情況下那是成立的,40邁的確比80邁省油。但是如果車子在加速情況下就未必成立了。從40邁加速到80邁的過程實際上是比在80邁穩定運行要耗油的。

根據加速度公式可以知道,在車重m不變情況下,加速度a越大則需要的力F就越大,F就是發動機動力。因此我們在評論一款車推背感或者加速無力時候其實說的是加速度a的大小。加速度越大,提速越快推背感越強,加速度越小提速越慢越是覺得加速無力。

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加速度公式

但是加速度大未必速度塊,加速度小未必速度慢這又怎麼解釋呢?還有一個加速度與速度的公式。當車速差V2-v1一定的時候,無論加速度a多小(當然不能等於0),只要有足夠的時間,那始終能夠到達V2速度。也就是說,無論發動機是1.2L還是6.0L都能做到百公里加速,只是百公里加速所用的時間不一樣。

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加速度公式

因此正確的說法應該是:發動機動力越大,油耗越高,車的加速度就越大,車子提速就越快。回到剛才“速度越高越耗油”的問題,就能夠知道當勻速運行時候,車速差V2-V1是為0的,此時加速度a也是0,動力F也是0,那既然發動機輸出動力都是0了當然巡航的時候油耗要比加速時候低得多。而現實中發動機動力不可能是0,因為存在著風阻以及輪胎與地面的摩擦力,這就需要一個力維持這個平衡,而這個維持的力要比加速的力小得多。可以說巡航時候發動機主要是克服風阻與輪胎摩擦力,因此這也是為什麼搭載同款發動機,但是風阻小和摩擦力小的設計要省油的原因。

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牽引力和摩擦力

自然吸氣發動機

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自然吸氣發動機

自然吸氣發動機有著悠久的歷史,是目前技術最成熟的也是最為可靠的技術。它在工作時候吸入常壓的空氣進行壓縮,如果一個汽缸的容積為0.5升那麼它將吸入0.5升的混合氣體。這就好比如一隻正常吃食的鴨子,多大的胃吃多少食物一樣,飽了就不再進食。

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那自吸發動機這種特性有什麼好處呢?首先結構簡單,因為它吸入的是不經過壓縮的常壓空氣,因此省去渦輪增壓器等其他附加部件,這為發動機的輕量化帶來很大的便利。同時由於少了很多附加部件在維護與穩定性上都有著極佳的表現。更為主要的一點是動力輸出平順,自吸發動機動力一般只與噴入氣缸的燃油有關係,因此能夠極為平順。基於以上的優點,即使到當下依然很多豪華型汽車或者超跑依然堅持採用自吸發動機。

而它的缺點在哪呢?也許只有政策的原因了,因為現在都在推小排量,而自吸恰恰是排量與動力成正比的發動機,排量小了動力也會小很多,因此一般自吸發動機都是1.8L以上,以2.0L與2.5L為主流,甚至一些達到了6.0L的。這無疑無法符合國家政策的需求,需要繳納更多稅費。

渦輪增壓發動機

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渦輪增壓發動機

其實增壓發動機出現的時間也不算短,但是以前為了實現自吸的平順性大都採用機械增壓,但渦輪增壓由於種種缺陷使得它並不被主流認可,而近幾年的爆發式增長其實最大的原因還是環保與政策的助推。由於有渦輪增壓器的壓縮作用,0.5升的汽缸可以吸入大於0.5升的混合氣體。這就好比取鵝肝的養殖一樣,既然你的胃就那麼大,那我就強行灌入更多的食物讓你的體重短時間增加。因此相對自吸發動機來說,由於壓縮氣體重量更大,因此動力輸出比同排量的自吸發動機要大的多。

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當渦輪不工作時候可以看作一款小排量的自吸發動機。因此渦增發動機可以等同一款排量可變的發動機,渦輪不工作時候是小排量發動機,渦輪工作時候則是大排量發動機。

那渦增發動機有什麼優點呢?首先最主要的一點就是符合政策需求同時能夠在一定範圍內提升動力,如前所述,一般渦增發動機動力輸出峰值都會比自吸發動機多0.3升以上,也就是說1.5T大於1.8L,而2.0T大於2.3L。第二點是在低速與巡航速度時候油耗較低,因為低速行駛渦輪並未工作,這就相當於一款小排量自吸發動機;而巡航速度時候則是渦輪工作相對穩定也沒有加速需求,此時穩定的工作依然可以看作一款自吸發動機。

而它的缺點又是什麼呢?第一點就是由於增加了渦輪增壓器等附件,這就使得成本高了不少;同時發動機工作時候要比自吸的耐高溫高壓,這無疑增加了發動機設計與維護成本以及故障率,因此渦增發動機無論是在保養成本以及機油選擇上都要高出不少。第二點,渦輪增壓依靠尾氣驅動進行壓縮,因此在我們一腳油門下去,發動機渦輪還未運行或者運行不快,此時動力上不來,這就給用戶造成反應過慢的感覺,因此在響應速度上渦增發動機無論是相比於自吸還是機械增壓都要低得多。還有最重要一點就是,發動機運行不快的時候尾氣動力不足無法帶動渦輪運行,那此時相當於小排量的自吸發動機,動力是很無力的,特別是在堵車或者低速行駛時候,這種特性讓人很不爽,起步速度慢,還油耗高。

現在再來看功率曲線,綠色為1.8L自吸發動機,紅色為1.5T渦增。可以看出來處於1點之前渦增發動機功率始終低於自吸的,那是因為渦輪並未工作或者介入不足,此時會感覺車子起步無力,跟車力不從心。而過了在1點與2點間,渦輪接入趨於正常,此時動力有了較大的提升。但是超過了2點後卻也衰減很快。因此自吸發動機就會給人動力來的及時而且有力,整段加速都較為平緩;渦增發動機則是給人動力響應遲緩,前段無力中段勇猛而後段卻加速信心不足。

渦輪增壓與自然吸氣大對決!

動力曲線

從以上的對比你會發現自吸發動機非常符合人對於機械操控的要求,但是卻無法提供更高的動力,而渦增發動機則屬於跳躍式的輸出,但是由於它的排量較小的情況下能夠提供更高的動力,還有政策的扶持,這就使得它慢慢成為主流。

如果非要進行擬人化,那麼自吸發動機可能是蒼老師,一個要啥給啥,要多少給多少,赤裸相待卻又溫文爾雅的美少女。

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蒼老師

渦增發動機則是金剛芭比,嬌小甜美的臉龐讓你誤以為如同蒼老師般,但其實真正真誠以待的時候,一身健碩的肌肉讓你覺得熱血沸騰。

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金剛芭比

最後關於所謂的小排量渦增發動機油耗更低,本人持保留態度,因為從能量的傳遞來看,渦輪增壓更大意義在於很小容積達到更高功率,但是又想馬兒跑又想馬兒不吃草的情況是不存在的。要真想動力上升油耗下降,依然需要從熱效率的提升上解決。

本講關於功率,扭矩,加速度等不作詳細解釋,歡迎關注閱讀下一講!


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