涡轮增压凭啥"干掉"自吸发动机?

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近年来,欧洲各汽车品牌全面实现“涡轮化”,美系紧随其后,就连最固执的日系也开始推出涡轮车型。涡轮增压发动机来势汹汹,大有扫平“自吸”发动机之势,这背后到底是什么原因呢?

1、排放法规引领欧洲“涡轮化”潮流

真正掌握现代汽车工业指挥棒的,不是汽车消费者,不是汽车厂商,而是各国的环保政策。

欧洲对汽车排放的限制一向严格,从1993年就推出“欧1”排放标准,此后隔几年就升级一次。真正让自然吸气发动机感到“绝望”的,是2009年欧盟出台的一项限制汽车CO2排放的法规,要求汽车制造商到2015年要达到平均新车CO2排放130g/km的标准,整车平均重量也要降至1372kg,超过该限额的制造商将受到处罚。

▲欧盟对汽车碳排放的严苛控制,首先把欧洲汽车制造商逼上发动机小型化之路

欧盟指挥棒一挥,欧洲的汽车厂商马上整齐划一地奏响了“涡轮”乐章。大家不约而同地认为,走发动机小型化之路,是满足环保新规的最好办法。发动机小了,动力却不能跟着小下去,好吧,那就让它“开挂”,用涡轮把动力催起来。

在过去的40多年中,宝马造出了那么多销魂的自吸发动机,但它却果断全面放弃,让宝马迷们唏嘘不已。现在,所有的宝马车的发动机上都有一颗两颗或三颗涡轮增压器,无一例外——除了电动车。

▲宝马曾经造出了无数迷人的自吸发动机,现在已经全面转向“涡轮化”

奔驰发动机也全面“涡轮化”,只在小不点儿车smart上保留了自吸发动机;在涡轮发动机上先人一步的奥迪当然也不会落后,除了个别小众车型,比如R8,主流车型也全面由涡轮发动机当家。

而早在豪华品牌“涡轮化”之前,大众这样的欧洲“普通品牌”早早就把“涡轮增压”当作招牌新技术,向中国市场推广。

2、日系厂商放弃固守“自吸”

在欧洲大举“涡轮化”之时,日本三大汽车公司(丰田、本田、日产)都认为自吸发动机在燃烧效率上大有潜力可挖,不见得非要在发动机上加挂一颗或几颗涡轮。

在日系“三大”中,丰田早早走上“混合动力”之路,一直对涡轮增压方案兴趣不大,而本田和日产靠自吸发动机加CVT变速箱这样的动力组合,在油耗控制上也表现不错,在涡轮化方面也不积极。

▲丰田靠混动技术能达到不错的燃效,对涡轮增压发动机积极性不高

另一个日系汽车厂商,特立独行的马自达,更是死咬住“自吸”一条路,坚持认为自然吸气发动机的效率可以比涡轮机更高。同时,发动机加装涡轮,还会增加一些额外成本,它比自吸发动机多了涡轮增压器和散热用的中冷器,还必须提高活塞、连杆、曲轴等部件的强度。

尽管可能有些不服气,但从丰田和本田的反映就可以看出自吸发动机的黄金时代已经结束了。本田的新思域主打1.5T发动机,未来还会装备在CRV等车型上。去年,丰田刚刚开始起用2.0T发动机,装在雷克萨斯NX和汉兰达上。

今年,丰田明显是坐不住了,雷克萨斯IS、GS和RC很快也引入2.0T,丰田小排量的1.2T发动机也很快要列装。貌似倔强的马自达,也出人意料地推出了一款2.5排量的涡轮增压发动机,搭载在了CX9上。

3、高效,美系涡轮化的核心

美系汽车品牌通用及福特很快就跟上了涡轮化的脚步,这些年各自推出一系列涡轮增压发动机,小有1.0T的三缸小排量涡轮发动机,大有扭矩超过600牛米的V6双涡轮发动机。

▲2014年初,通用汽车推出了一系列包含涡轮增压型号在内的新型小排量发动机

美系汽车厂商的迅速跟进,原因也很简单,因为对于汽车排放和节能的要求,不止是欧洲有,美国也有,尤其是对欧美汽车厂商相当重要的中国市场,政策明显也是“照顾”小排量汽车。而涡轮增压,恰恰可以做到“小排量,大动力”。

上市时间不长的雪佛兰迈锐宝XL,给人印象最深的就是油耗表现。迈锐宝XL装备的1.5T发动机,功率和扭矩达到自吸2.4升排量发动机的水平,工信部油耗是百公里6升,而此前装备2.4升自吸发动机的迈锐宝,工信部油耗是百公里8.3升。看车主们的反映,迈锐宝XL确实比上代明显省油。

支持“涡轮化”的发动机专家,指出了涡轮增压发动机的很多优点。首先,它利用了“废气”的能量,用尾气驱动涡轮给发动机“加力”;同时,它缩小了发动机的体积,减轻了发动机的重量,符合“轻量化”的要求;而缩小体积、减少气缸数量,就意味着发动机内部的机械摩擦减少,可以节省能量;涡轮增压发动机可以在很低的转速下就爆发出峰值扭矩,低转速也意味着机械摩擦少,油耗低。

涡轮增压本身的基本好处就是这些。而涡轮增压一旦跟“缸内直喷”和“可变气门正时”之类的技术结合在一起,那更是“金风玉露一相逢,便胜却人间无数”。

上边说到,搭载了1.5T涡轮增压发动机的雪佛兰迈锐宝XL挺省油,在这台发动机的技术资料中,我们可以看到“顶置直喷”、“可变气门正时(DVVT)”、“缸盖和排气歧管一体化设计”、“可变排量机油泵”之类的描述,跟涡轮增压相关的几项最新技术基本都具备了。

直喷,是涡轮增压发动机的最佳拍档,如果没有直喷,涡轮机的功力会下降好几成。所谓直喷,就是汽油直接喷到发动机的气缸里,而不是先喷在进气歧管内,再通过进气门进入气缸。

▲左图为进气歧管喷射,右图为缸内直喷

直接喷在气缸里,最大的好处是可以帮气缸降温,因为汽油雾化时会带走热量,这跟往地上洒水可以降温的道理差不多。给气缸降温太重要了,气缸温度高,就容易发生爆震,为避免爆震,就要降低发动机的压缩比,而压缩比一低,发动机的效率就会下降。

有报道说,缸内直喷给节油率的贡献是2%~3%。

通用的这款1.5T发动机,采用的是比较独特的“顶置直喷”,把喷油嘴放在了气缸顶部的中央;而大多数缸内直喷是把喷油嘴放在气缸一侧(据说,顶置直喷的优点是可以更好的控制喷油量和雾化效果,可以提高燃烧效率)。

而无论是顶置直喷还是侧置直喷,比起歧管喷射来说,可以对喷油和雾化进行更精准的控制,整体来看,如果控制好喷油和雾化,给节油率的贡献可以到5%。

▲上图为顶置直喷,下图为侧置直喷

再看“可变气门正时”。通用的“DVVT”是“双可变气门正时”,进气门、排气门打开的时机是可以变化和控制的。这个功能对涡轮增压发动机有个额外的好处,如果延长进气门和排气门的打开时间,在进气门和排气门全打开的时候,涡轮可以把新鲜空气从进气门吹进气缸再从排气门吹出去,可以“吹走”气缸内的一些余热。这样一来,气缸内的温度也会降低,发动机压缩比就能提高。

“缸盖和排气歧管一体化设计”是把排气管集成到气缸盖里,不再裸露在发动机外边,好处是减少发动机暖机时间(发动机冷启动后,温度低,汽油雾化不好,燃效比较差),还可以让发动机废气更快地驱动涡轮,减少涡轮迟滞。

“可变排量机油泵”之类的功能也是为了减少一点发动机的能量损失,不再一一赘述。

当然,单以发动机的技术革新来衡量油耗进步可能并不够科学,因为牵涉油耗降低的因素原不止于此。比如,迈锐宝XL大幅进行了轻量化,比上代车减重120公斤;再比如,两代迈锐宝的变速箱是不同的。但可以肯定地说,这里边确实有1.5T发动机不小的功劳。

4、消费税推动中国汽车“涡轮化”

各国的汽车排放和节能政策、汽车厂商的技术路线选择、汽车用户的心态,都把涡轮增压推到了“主流技术”的位置上来。而在中国,涡轮机在还有一个重大利好:汽车消费税。

消费税是一种“价内税”,这个税会包含到汽车售价中。我国的汽车消费税其实是一种按排量征收的“排量税”,排量小的车征税低、排量大的车征税高。

你看,为什么涡轮增压发动机新上了这么多1.5排量的?通用有这个排量、福特有这个排量,本田新款的思域是这个排量、大众也正在研发这个排量。原因很简单,这个排量是卡着消费税定的,排量到了1.6升,消费税就要涨两个百分点。

上边提到过的雪佛兰迈锐宝XL用的1.5T发动机,最大功率125KW,最大扭矩252NM,完全可以替代2.4排量的自吸发动机,这样就可以省下6个百分点的税——对于十几二十万的车来说,这可不是个小钱。

发动机小型化,并且加上涡轮增压器“开外挂”,已是政策所向、大势所趋,尽管有很多人对自然吸气恋恋不舍,它们的宿命也只能是渐行渐远。

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