從技術層面下手,仔細分析,關於渦輪增壓車型和油耗的二三事

1 空燃比

不同的汽油,成份會稍有區別。但大部分汽油充分燃燒所需要的空燃比都在14-15這個範圍內,14.7是被提到最多的一個最佳空燃比。空燃比低於這個值,會造成燃燒不完全。那麼空燃比高於這個值是不是更好?也不是的,過多的空氣會與含氮化合物生成劇毒的多氧化氮,這個比汽油燃燒不完全更有害。

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2 汽油燃燒

這是一個放熱且熵增的反應。放熱好理解,熵增主要是指辛烷或其他多碳烴燃燒後生成的氣態分子遠遠多於反應前的氧氣與燃料分子總合。因此,要讓燃燒更完全,也就是提高燃料效率可以通過(1)降低反應體系溫度,也就是降低氣缸裡的溫度,(2)降低反應體系壓力,也就是降低氣缸裡的壓力,(3)增加空氣與汽油的比例,也就是提高空燃比。

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看到這裡也許有人會說,燒東西明明要用高溫或高壓啊,為什麼我說降溫和降壓能讓燃燒更完全?這是因為你混淆了活化能和反應焓這兩個概念。高溫或高壓點火是為了讓反應物跨過活化能壘,而最終產物能態低,也就是放熱了,這時你把熱量也看成是一種產物,儘量抽走它,能讓放熱反應進行的更完全。壓強同理。

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至於制約發動機內部汽油轉化率的瓶頸究竟是熱力學還是動力學,需要實際數據證明。歡迎各位提供數據。

3 引擎管理系統

現在的車子都裝上了複雜的引擎管理系統。簡單的說,車子有一些傳感器,能實時監控空燃比和燃燒廢氣的成份,以此來控制進氣量和噴油量的比例,也就是控制空燃比,來達到最好的工作狀態。而絕不是有些人想象的完全由駕駛者的腳來決定噴油量,因此那些認為渦輪增加進氣量能實現比自吸更好的空燃比的觀點也是錯誤的。事實上,後文會提到渦輪的空燃比比自吸的更差。

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當發動機高負荷運轉時,也就是當噴油多,轉速高時,釋放的熱量過大可能會造成發動機損壞,而且也不利於充分燃燒。因此,當你提高轉速進行急加速時,引擎管理系統會噴更多的油,也就是降低空燃比,來降低溫度從而保護引擎。這樣做犧牲的就是燃燒效率,這也是高轉費油的原因之一(另外的原因當然還包括更多的機械損失之類的)。事實上,真正達到或接近最佳空燃比的工況是在小負荷運轉時實現的。

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OK,現在可以來說說渦輪了。氣體做功正比於體積乘以壓強,提高功率可以通過增大體積,也就是增加排量,或者增加壓強,也就是各種增壓。渦輪就是通過增加壓強(單位體積裡更多地進氣量和噴油量)來實現提升功率的。那麼這種方法有什麼弊端呢?

從技術層面下手,仔細分析,關於渦輪增壓車型和油耗的二三事

首先,大家都知道渦輪是一個很熱的東西,渦輪鼓進來的空氣需要進行降溫處理,但仍然比一般的自吸的進氣要熱。所以根據上面的概念,渦輪帶來的多餘熱量是不利於燃燒完全的。

其次,更大的壓強同樣不利於燃燒完全。

從技術層面下手,仔細分析,關於渦輪增壓車型和油耗的二三事

另外,由於單位體積的負荷(包括溫度和壓強)變大了,如上文所述,發動機會降低空燃比來保護引擎。

還有一點,利用廢氣驅動渦輪會帶來額外的排氣背壓,後果就是增加泵氣損失,並且不利於帶走發動機熱量,打個比喻就是發動機呼吸不順暢了。

所以總的來說,渦輪增壓是不利於燃燒效率的!

那為什麼現在那麼多新的渦輪車的油耗普遍比以前的車更低了?首先你要知道整車的油耗絕不僅僅是發動機燃燒效率所決定的。變速箱的匹配,傳動效率,機械損耗,輕量化材料的應用,風阻,輪胎阻力,包括一些新技術的使用,比如直噴,可變正時,可變氣缸,等都會影響油耗。新車的技術進步所帶來的低油耗絕不是因為使用了渦輪。

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另外,渦輪對油耗有很多負面影響,那有沒有正面影響呢?也是有的。首先,渦輪提高了單缸功率,汽車可以以更低的轉速達到一定的加速效果,如前所述,更低的轉速是有利於完全燃燒的。其次,在怠速時,渦輪幾乎沒有效果,因此在渦輪車在堵車時的怠速油耗要比相近功率的自吸車要低。

總結一下我的觀點:渦輪的燃燒效率比自吸更低。油耗是個很複雜的東西,不能將新型渦輪車的低油耗歸功於渦輪本身。


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