涡轮增压“过气”了?
原创2020-04-03 10:43

涡轮增压“过气”了?

三缸涡轮机问题上,第一个向消费者妥协的车企出现了。


上汽通用为旗下主销车型英朗重新提供 1.5L 自然吸气四缸机,它将和之前的 1.0T、1.3T 涡轮增压三缸发动机并行销售。1.5L 发动机的动力水平与原有 1.0T 大致相当,可以满足国 6 排放标准。


仅仅两年前,上汽通用大举推广三缸增压引擎,新一代 Ecotec 系列的 1.0T、1.3T、2.0T 三款发动机中,前两者都是三缸。通用希望全线产品换装 Ecotec 系列发动机,三缸、小排量化、涡轮化是战略方向。


(通用 Ecotec 系列发动机)


不只是通用,2018 年前后,大众集团也以一款新的 1.5L 自然吸气发动机,取代现有的 1.2TSI 增压发动机和陈旧的 1.6L 自吸发动机。与之同时到来的还有一款带有涡轮增压的 1.5TSI 新引擎,它将拥有高低功率两个版本,替代现有的大众 1.4TSI 发动机。带与不带涡轮增压的两款 1.5L 排量新发动机,将成为大众集团未来的主力动力系统。


两大汽车巨头的新动作有几个共同点:自然吸气回归、小排量化停止甚至逆转、增排量但动力不涨


通用的 1.5L 引擎其实不是全新研发,在 Ecotec 系列 1.0T/1.3T/2.0T 大军到来之前,这台 1.5L 发动机已经被通用旗下诸多品牌使用了多年。今年回归的 1.5L 自吸发动机,只是为适应国六排放新规做了少许调整,最大功率(113 马力)和最大扭矩(141 牛·米)分别减少了微不足道的 1 千瓦和 2 牛·米。它准备补充、但又没有明着取代的 1.0T 三缸引擎,拥有 125 马力和 170 牛·米。


大众的 1.5L/1.5T 则是倾力打造的全新动力系列(第二代 EA211),尤其是 1.5TSI 版本集 ACT 主动闭缸、VTG 可变几何涡轮、高压缩比米勒循环等“豪华”技术于一身,被大众集团寄予厚望。去掉增压器的 1.5L 自吸发动机,也用上了排气可变正时等跟上时代的技术。



但全新研发的大众新引擎,情况也和通用那边差不多。新的 1.5L 发动机,和所要取代的 1.2TSI、1.6L 发动机表现相当,甚至某些参数并不占优。1.5TSI 的高低动力版本分别拥有 130 马力和 150 马力,和输出 150 马力的 1.4TSI 旧引擎基本一致。如果算升功率(每 1L 排量输出的功率),1.5TSI 的两个版本最高不过 100 马力/升,这在涡轮增压发动机中是显著偏低的。连本田用在飞度身上的 1.5L 自然吸气引擎,都可以输出与低功率版 1.5TSI 相当的 131 马力。


那么这样两家全球巨头级车企,费那么多功夫究竟在干啥?



过去十年间涡轮增压在民用车市场飞速普及,其实和以往的排放法规密不可分。当自然吸气发动机技术被挖掘殆尽,早在七八十年代就已经出现的涡轮增压技术被提上了台面。


虽然家用车涡轮化就是最近十年的事,但涡轮增压本身不是新技术,早在上世纪七八十年代,法拉利、保时捷等超跑厂商就已经开始借助涡轮增压来提升动力。之后二三十年,涡轮增压只是被作为汽车发动机的选择之一,而没有像今天这般全面普及的地位。


那么涡轮增压发动机就会省油吗?这是一个流传极广的误区。你很容易在民间口口相传中,乃至相当一部分媒体口中,听到一套通俗易懂、逻辑自洽的解释:涡轮增压发动机更省油更高效,因为它将自然吸气发动机(非增压)浪费掉的排气能量利用起来了。


但增加一个涡轮增压器本身并不省油,恰恰相反,由于增压系统增大了进气量,发动机需要同步增加喷油量,在其他条件不变的条件下,涡轮增压发动机的油耗水平会和动力水平一样被提高。


真正让涡轮车拥有省油高效特点的,是因为涡轮增压带来了小排量化,以及“不得不”被带来的直喷普及。



第一点很好理解,涡轮增加了发动机动力,于是同等动力需求下,发动机的排量可以被缩小。原本需要 2.0L 的自然吸气发动机,现在只需要一台 1.5T 增压发动机即可。而发动机的能耗分布图,是与排量直接相关的,适度缩减排量会使发动机的高效运转区间更加贴近日常使用。涡轮增压器的存在扩展了发动机高功率输出的上限,但缩小的排量使得日常低功率状态的能耗更低。


第二点其实是一个被动过程。以往的化油器发动机,将燃油喷射至进气道,与空气混合再吸入气缸点燃做功,而直喷系统是用喷油嘴直接向气缸内喷射燃油。直喷发动机的燃油被直接喷入燃烧室,更利于燃油经济性,但也存在着更容易积碳的弊端。


你很容易发现,最近十年诞生的新时代涡轮增压发动机,几乎都有一个字母 “I” 为结尾:大众 TSI、奔驰 CGI、福特 GTDI 等等,I 代表着 “Injection”,意指燃油直喷。涡轮增压发动机与直喷系统几乎是绑定的,这是因为涡轮增压会大幅提高进气的温度和压力,而燃油直喷在气缸内部雾化,可以起到吸收多余热量的功能。


涡轮化带动了直喷系统普及,实际上我们所看到的新时代涡轮机油耗降低,有相当一部分就是来自于直喷系统的贡献。


(进气道喷射和缸内直喷)


理解了涡轮增压发动机是如何“省油”的,我们可以总结出两个结论:一是涡轮机减小了排气量,更利于日常小功率需求下的燃油经济性;二是涡轮机的进气温度高于自然进气发动机,以至于最好能找来直喷技术“帮忙”。


汽车厂商们一股脑地投入小排量涡轮发动机的世界里不可自拔,一直到欧洲 WLTC、中国国六标准的出台。


在以往,欧洲旧测试循环 NEDC 标准下,小排量的涡轮机很容易取得比更大排量发动机更好的能耗/排放成绩。这是因为 NEDC 是一种加减速简单、急加速少、高车速时间短的测试循环,小排量涡轮引擎在这种低负荷工况下,正好运行在自己的高效区间,油耗和排放自然占尽优势。


但人们逐渐发现 NEDC 测出的油耗根本靠不住,它的测试循环偏离实际使用太远了,真实使用中的急加速减速、高速行驶会使得实际油耗高于测试油耗。这样一来,在更高负荷工况下,小排量发动机的能耗优势会被削减甚至被更大排量发动机逆转。


于是欧洲出台了新的 WLTC 测试循环,加减速过程更复杂,高车速时间更久,还加入了实际道路测试 RDE(之前是台架测试)。中国的国六测试标准,大体上的改变与之类似。


(现在欧洲新车都要进行 RDE 路测)


在工况更严苛、动力系统负荷更高的 WLTC、国六测试中,小排量涡轮发动机不仅没法再占排量小的“便宜”,更难的是,由于缸内高温高压,涡轮发动机的排气温度要比自然吸气发动机高得多,而排气温度过高会导致一个严重后果:尾气排放污染物超标。


二氧化碳并不属于污染物,碳排放量是一个单独的指标,基本上只能靠节油来减少,汽车的尾气处理系统负责的是氮化物、硫化物这样的有毒气体。而因为三元催化器催化剂的化学特性,当排气温度过高,对氮化物和硫化物的处理效果会大打折扣。



于是为了通过新的国六排放标准,无非这么几种方式。增加尾气催化处理装置,这会挤占空间需要改变设计,还会增加重量和油耗;减小涡轮增压器的增压压力,降低排气温度,这会导致动力减小,要保持动力输出就需要采取其他措施。当然,无论选择哪一种,成本的增加都在所难免。


自然吸气发动机在面对国六时,压力要小得多。通用的 1.5L 发动机,国五版本和国六版本只是差了微不足道的个位数马力和扭矩。而涡轮增压发动机,视增压值的高度,越是增压值高、升功率高、压榨更狠的发动机,面对国六的压力就越大。反映到现实中,你很容易发现,同样一款发动机,国六标准版的动力输出相比国五版本都会稍有下降。


过度的小排量化,过高的增压值设定,过于寄希望于大涡轮弥补小排量的天生不足来获取更多动力,在偏重低负荷的旧排放测试中可以轻松通过,在高负荷的新测试标准中,就很容易因排温过高导致的三元催化失效,而倒在污染物排放测试上面。



通用重新启用 1.5L 四缸自吸引擎,部分原因自然是三缸引起的争议和不满。但三缸问题由来已久,偏偏在这个时候换“心”,国六起到了推波助澜的作用。大众在第二代 EA211 1.5TSI 引擎上,使用了停缸技术,在低负荷时关闭两个气缸,以此来对冲排量增加导致的油耗增加。其高功率版本的升功率也不过 100 马力/升,这是十年前涡轮引擎的普遍水平,这还是在应用了可变几何涡轮的前提下。对于动力压榨的克制,减轻了尾气处理系统的压力。


涡轮增压依然是普及性质的燃油车动力技术,但它在过去十年的迅速普及发展,以及排放测试标准的不够与时俱进,让厂商们过于依赖涡轮来获取表面上的“油耗动力兼顾”。放在金融世界里,涡轮为厂商们带来了动力和纸面油耗的双重“红利”,而当纸面油耗的测试标准改变,低油耗“泡沫”破灭,就需要对涡轮带来的价值“重新估值”。


但很显然,世界上不会有免费的午餐,至少完全免费的没有。

如对本稿件有异议或投诉,请联系tougao@huxiu.com
正在改变与想要改变世界的人,都在虎嗅APP
赞赏
关闭赞赏 开启赞赏

支持一下   修改

确定

相关推荐