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:

节油优势性能优势使用寿命维保成本制造成本

分析TURBO发动机的特点，需要从这五个方面入手。首先，Turbo技术普及的初衷并不是单纯为了提升车辆性能，核心因素是降低车辆油耗。实现燃油经济性的前提是汽车的正常行驶需要合理的动力输出。本文假设需要100马力(PS)，发动机以2.0L排量为标准。

计算题

2.0L-NA自然吸气发动机的最大扭矩为200牛·米，在1000/4000转/分的转速范围内线性增加，在4000转/分时会达到峰值。发动机转速越高，油耗就越高，因为(转速÷2)等于发动机的工作频率，每次工作都要消耗燃油。2.0T涡轮增压器最大扭矩为400牛·米，可在1550/4400转/分的范围内保持最大值。要达到100马力，这两台机器各自的转速是多少？

答:根据“马力=转速×扭矩÷9549×1.36”的公式，倒推计算基于以下准则。

2.0NA≈3900rpm2.0T＝2000rpm

谁更省油仍有争议？

知识点:增压器可以在大转速范围内保持最大扭矩。此时的喷油量是根据[排量和进气量]按照14.7:1的理论空燃油比计算的，因为进气量充足。然而，自然吸气发动机通过活塞运行的吸力或同时打开进气门和排气门来吸入空气体。中低速范围内吸入的空气体并不是标准排量(进气量)，所以在中低速范围内，相同转速下的喷油量确实比较少，比例可能只有60%~90%的范围，一般认为这是NA车型省油的原因。

因为低速范围内的喷油量会略低于标准，达到相同马力的速度差接近2000 rpm涡轮增压的标准功是每分钟1000次，即使喷油量等于1，那么1分钟就要消耗1000个基数。

自然吸气发动机每分钟确实工作2000次，按照0.8的平均标准，同一分钟消耗的燃油基数达到1600。因此，涡轮增压发动机的节油性没有争议。在实际应用中，只要驾驶风格与驾驶NA相同，就会更低。但由于动力提升效果明显，车辆用户的驾驶习惯会变得越来越激进，所以科技可以省油，用户也不会选择省油，于是就有了Turbo好像要耗油的错觉。

知识点2:从参数中可以看出一些线索。同排量发动机采用Turbo技术，最大扭矩不仅能在较大范围内稳定峰值，还能比n a车型提高一倍。事实上，这是实现节油和大幅提升性能的基础。

原理是“富氧燃烧”。燃烧燃料的过程是烃基可燃物质的氧化还原反应。在反应过程中，分子运动产生的驱动力和热能是动力，通过结构转化为扭矩。想要增加扭矩无非是增加可燃材料的数量，但是这种方式要耗费石油；其次是提高氧气浓度，加强可燃物质的反应强度，这是比增加燃烧基效应更理想的方式，所以会出现扭矩的多阶增加。

成本问题

增压器是否需要每10万公里更换一次总成？类似的问题在推广初期比较常见，因为前期增压器的材质比较差，在高温高压环境下容易损坏；一些知名品牌的车辆确实需要换一组10万公里左右，但技术要回头看，而不是固守过去。

目前，根据增压器的材料标准，增压器可以终身免维护，即与发动机总成具有相同的使用寿命。普通的汽油动力汽车就不讨论了，这些机器的工况也没那么差。我们要知道，所有的轻、中、重型厢式货车都使用柴油发动机，而这些发动机都是缸内直喷涡轮增压器。车辆的行驶里程往往是几百万公里，涡轮增压器更换频繁？

维护费用也不用担心！很多人说涡轮增压发动机需要使用全合成机油，这是不准确的。很多性能适中的增压器都可以使用半合成机油，但是性价比不高。

就算普通NA车型能用最便宜的矿物油，更换周期是5000公里吗？每次换油都需要换机器滤芯，同时还会招致工时成本。在合成机油中，矿物油两次保养的综合成本似乎高于一次保养。合成机油可使用1万公里，节省一个机器滤清器和一个工作小时。不值得吗？而且NA车型不省油，没有理想的动力体验，简单对比维修费用是不合理的，因为不在一个级别。

制造成本需要强调！废气涡轮增压系统的成本高于NA型。从研发到材料，从冷却系统到车架匹配，都需要使用优秀的高成本变速箱，拥有更高的“最大输入扭矩”。可以说涡轮增压车的综合成本会高很多，但是这里还有一个非常有趣的现象。

从≥ 6万的水平来看，只要有自然吸气发动机的车，就一定有涡轮增压动力的车选。可见，谁的诚意更高，如何选择你自己考虑。

涡轮增压发动机真的省油吗

「涡轮增压技术」的普及初衷是为节油·同时可以提升性能表现

分析基础:

增压系统结构富氧燃烧概念扭矩马力关系

要了解涡轮增压发动机如何节油，掌握这三个知识至关重要。首先我们来看看增压系统的循环原理:增压器本身没有动力系统，其涡轮叶轮的运转既不是电驱动，也不是燃烧燃料和热能驱动。

基础知识的动力来源是内燃机运行中的废气。燃油车配备“四冲程活塞往复循环热机”，其第四冲程为排气冲程。由于气缸(燃烧室)内的压力很高，废气的流量和压力也极高，很难在运动中堵塞排气管。涉水行驶即使水位超过尾管，也会被排气压力推出。

因此可以看出尾气的压力有多高，所以高流量的高压尾气会带动涡轮增压器涡轮，其转速会很快。涡轮增压器涡轮由来自排气歧管的高压废气驱动，同时驱动进气管中的叶轮以相同的速度旋转。

图1:增压器的结构

图2:完整结构的动态演示

“叶轮”在进气系统中运行，转速可高达每分钟数万转至10万转以上。空空气通过排气冲程的吸力和进气冲程的负压被吸入，当它流经叶轮时，会被高速旋转产生的压力压缩。空气体由各种分子组成，其中主要有以下三种类型。

氮气78%氧气20.94%二氧化碳0.03%

剩下的是稀有气体。各种分子之间是有间隙的，因为分子(和其中的电子)是互斥的；如果没有压力约束，空气体理论上不存在。

这里所谓的20.94%的氧比标准，是零海拔的标准氧浓度；越靠近水平线，空气体受重力约束的程度越高。说白了，空气体的分子间隙是靠压力(拉力)减小的，但是随着海拔的升高，空气体在重力的作用下会越来越小，失去束缚作用分子排斥的程度就会严重，或者可以理解为空气体。

比如在5000米的高空，分子排阻理论会导致氧气减少到11.5%。然而，装有燃油车的内燃机的运行基础是单位体积的氧分子越多越好。然后，氧气被外力压缩得更“紧”——减少了分子间隙，增加了氧气分子的数量。这是最理想的进气方式吗？

富氧燃烧涡轮增压发动机增加氧气浓度。需要增加燃油喷射吗？很多非车辆用户认为TURBO发动机耗油，这是由于对两个概念的误解。

TURBO-增氧不增量（体积概念）排量＋等于增量

涡轮增压技术不会改变发动机的进气量。比如2.0L-T的增压器，每个气缸的排量会是“0.5L”(升)；没有助推器系统就不会变，加了助推器也不会变。是不是有点难以理解，增加的只是【固定标准量的氧分子数】？再看一张，你可能就放心了。

可以理解，标准海拔的氧浓度为20.94%，因此理解为“1l = 2094个氧分子”(例)。

2.0L-NA自吸为2094个2.0L-Turbo高度压缩可增加到≥3000个

这就是所谓的“富氧状态”。燃烧的本质是燃料碳氢化合物(或其他可燃物)的氧化反应。在反应过程中，【光能&:热能】，其实能转化为动力的热能只是一个巧合的发现，然后通过机械结构得到很好的利用。

反应的本质是分子运动碰撞产生的驱动力，决定驱动力强弱的核心因素是氧气的浓度，只要浓度高于常压标准即可；然后分子运动产生的驱动力更强，所以涡轮增压发动机依然按照空14.7:1的气油比喷油，只是进气系统稍有升级；提高扭矩的技术方向已经从原来愚蠢的增加排量(增加油耗基数)的方法，变成了先进的“标准燃油喷射-充氧加扭矩”的方法。

概念公制马力是行业通用的单位标准，驱动力为运动效率1ps = 75kg 1m/1s(每秒每米)。在物体质量不变的前提下，马力越大，运动速度越快。下面可以说明节油的基本方式:功率=扭矩×速度÷9549，马力=功率× 1.36。一辆车需要足够的马力才能顺利加速，而增加马力的方法无疑有三种。

大扭矩×高转速＝强劲大扭矩×低转速＝合格小扭矩×高转速＝合格

转速的概念:曲轴每分钟转数，四冲程发动机曲轴转两圈，喷油一次。那么当然，发动机转速越高，喷油频率越高，也就是油耗越大，所以第三种组合虽然动力合格，但油耗总会高。

真实数据比较:

2.0L-NA平均最大扭矩200N·m左右（4000pm左右达到峰值）2.0T-增压机峰值数据可达400N·m（1500~4000rpm区间维持峰值）

同样排量和喷油量的发动机，2.0T增压机的最大扭矩会高一倍，所以同样马力需求所要求的速度标准会差很多。比如需要100PS马力时，2.0NA的转速约为4000转/分，但2.0T的这个水平低于1800转/分。油耗高还是低有争议吗？

总结:涡轮增压技术当然更省油，但因为动力强很多，用户在实际驾驶时会迅速改变驾驶风格。养成高速驾驶快感的习惯后，油耗总会略高。但是，如果采用等效排量和推重比的增压车，以自然吸气车用户的风格驾驶，那么油耗肯定要低很多。

(柴油机节油的原理也是高热能、高扭矩-低速运转)