轉(zhuǎn)速和傳動比的關(guān)系_傳動比和轉(zhuǎn)速比

　　近來轉(zhuǎn)速和傳動比的關(guān)系，渦輪增壓不省油這個觀點(diǎn)甚囂塵上。一些一瓶子不滿半瓶子咣當(dāng)?shù)乃^專業(yè)人士轉(zhuǎn)速和傳動比的關(guān)系，也來鼓吹這種渦輪不省油的言論，某些大V也靠吹自吸踩增壓圈了不少粉。轉(zhuǎn)速和傳動比的關(guān)系我們作為相關(guān)專業(yè)或者說行業(yè)內(nèi)的人，有必要給大家掰扯掰扯這個事。

　　一、渦輪增壓省油的原理

　?。ㄔ鰤海┯行Ю迷龃蟮霓D(zhuǎn)矩可以提高車輛的行駛?cè)加徒?jīng)濟(jì)性，如下述兩種方法。

　　1，改變車輛的齒輪轉(zhuǎn)速比，使其以發(fā)動機(jī)燃油消耗良好的低轉(zhuǎn)速行駛。

　　2，小排量發(fā)動機(jī)安裝增壓器，可以取得與大排量發(fā)動機(jī)（不增壓）同等的動力性能，而且由于泵氣損失和機(jī)械損失比大排量發(fā)動機(jī)小，可提高燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　這幾句話不是我說的，這是摘自日本自動車技術(shù)會編纂的《汽車工程手冊》之基礎(chǔ)理論篇。

　　1.為什么低傳動比能省油？

　　我們以寶馬為例，上一代E90 330i用的是258馬力的3.0自然吸氣發(fā)動機(jī)，這一代F30 328i用的是245馬力的2.0渦輪增壓發(fā)動機(jī)，總體來說兩者動力水平相當(dāng)具有可比性。

　　以下是兩者傳動比的對比圖（手動擋，都是六個擋容易對比）

　　很明顯，在終傳比基本相等情況下，各擋位下新328i比舊330i的傳動比有平均18%的降低，在考慮到新3系車輪要比老3系大一號，因此在車速相同的情況下，新328i的轉(zhuǎn)速較老330i有22%左右的降低。我們知道，轉(zhuǎn)速越低，單位時間內(nèi)活塞環(huán)與氣缸壁摩擦的次數(shù)越少，因此摩擦損失會減少。如果不是轉(zhuǎn)速低到讓燃燒變得惡劣，同車速下，基本上可以說轉(zhuǎn)速越低，油耗就越低。

　　老330的最大扭矩為310NM，在轉(zhuǎn)速2600rpm時達(dá)到，這對于自吸機(jī)已是很不錯的水平。新328從1250-4800rpm都能輸出350NM的最大扭矩。渦輪機(jī)的扭矩明顯大且扭矩平臺寬，這樣即便是降低了傳動比，在最大功率偏小的情況下，新328的加速還是要比老330快。（5.7s VS 6.1s，0-60mph，美國官網(wǎng)數(shù)據(jù)）

　　小結(jié)轉(zhuǎn)速和傳動比的關(guān)系：渦輪機(jī)扭矩大，可以讓傳動比更小，轉(zhuǎn)速降低了，所以能省油。

　　2. 為什么小排量化可以省油

　　這個其實(shí)應(yīng)該算是常識了，小排量發(fā)動機(jī)當(dāng)然比大排量發(fā)動機(jī)省油。那么加上渦輪這個因素之后，情況會有什么變化呢？

　　按日本人的說法，我們先從泵氣損失開始說。發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣過程是，進(jìn)氣門打開，活塞下行，空氣被吸進(jìn)氣缸。這個過程類似用吸管喝可樂，是人的肺做功在嘴里形成了真空度，所以可樂被吸進(jìn)了嘴里。這個過程是消耗能量的，可以當(dāng)做是進(jìn)氣的泵氣功即。而對于渦輪增壓機(jī)來說，相當(dāng)于有一只無形的手在幫你捏可樂瓶，你嘴基本不用吸，可樂自己就從吸管進(jìn)到嘴里了，你省下了力量，就是泵氣損失減小了。

　　說完了泵氣損失，再說機(jī)械損失。機(jī)械損失包括活塞與活塞環(huán)的摩擦損失，活塞連桿曲軸機(jī)構(gòu)中的摩擦損失，以及驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)以及附屬機(jī)構(gòu)的損失等等。小排量發(fā)動機(jī)活塞更小，活塞環(huán)更小，行程更小，摩擦面積更小，連桿曲軸配氣機(jī)構(gòu)等等都會相應(yīng)縮小，所以整體的機(jī)械損失會更小，這個應(yīng)該很容易理解。

　　二、渦輪增壓是一種省油的方法

　　“Turbo is nowadays on practically all combustion engines due to the increased efficiency. I'd say that's not connected to cylinder volume legislation, that's engineering optimization.”

　　“渦輪增壓技術(shù)現(xiàn)在在所有的內(nèi)燃機(jī)上面幾乎都有應(yīng)用，這是因?yàn)闇u輪增壓可以提升效率。我覺得這和排量法規(guī)并無聯(lián)系，這是工程優(yōu)化的結(jié)果?！?/p>

　　這是針對渦輪是否省油的問題，奔馳和MAN退休高管漢思騰先生給我的回答。

　　我們看到最近這些年的新車，都號稱相對于上一代車型有15%-25%的效率提升。從工程的角度，比如說我們想要實(shí)現(xiàn)15%的節(jié)油，怎么辦？搞輕量化車身，節(jié)油3%；搞低阻力輪胎，節(jié)油2%；優(yōu)化空氣動力學(xué)，節(jié)油2%；加個自動啟停，節(jié)油3%。這還差5%咋辦？上個渦輪增壓吧。其實(shí)就是這么個理，對于廠商來說渦輪增壓是可選的省油辦法之一。前面幾個數(shù)字是我隨口說的，不過渦輪增壓能省油5%可是豐田說的。

　　A 1.4-liter turbo standing in for a 2.0-liter naturally aspirated engine can deliver a 5 percent increase in fuel economy, Ogiso estimated.

　　我們估計(jì)1.4的渦輪增壓機(jī)要比2.0的NA機(jī)提升5%的燃油經(jīng)濟(jì)性。

　　——豐田的首席工程師小木曾聰Satoshi Ogiso

　　并不是說渦輪增壓發(fā)動機(jī)一定會很省油一定比自然吸氣省油，而是說對于廠商來說渦輪增壓是一個能省油的技術(shù)，是優(yōu)化效率的方向之一。有的廠商選了這條路，搞全面增壓化；而有的廠商沒選這條路，從其他一些方面下功夫，也達(dá)到了很高的效率。像馬自達(dá)這種獨(dú)辟蹊徑用阿特金森循環(huán)超高壓縮比的，我是很佩服的。創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)用夸張的4-2-1排氣，輕量化的曲軸連桿，另外還用響應(yīng)積極且高效變速箱等等，彌補(bǔ)了阿特金斯循環(huán)動力不足的先天缺陷，從而比較好的兼顧了動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。馬自達(dá)的做法就是從別的地方把這5%找回來了。

　　三、舉例

　　由表3-1可知，相似動力表現(xiàn)的渦輪增壓機(jī)比自然吸氣發(fā)動機(jī)可省油約9%或少一點(diǎn)。只有寶馬3系上的2.0渦輪增壓發(fā)動機(jī)相對于其3.0自然吸氣發(fā)動機(jī)在燃油經(jīng)濟(jì)性方面有高達(dá)30%的提升。

　　——《美國未來輕型汽車技術(shù)發(fā)展趨勢》

　　可以看到，燃油經(jīng)濟(jì)性提升最低的大眾2.5NA對2.0T也有5.5%，要知道這個2.0T無論功率還是扭矩都比那臺老掉牙的2.5NA大得多?？紤]到年代差，美國人這么比也不能說不合理?？偟膩碚f還是印證了前面豐田首席工程師渦輪效率提升5%的說法。

　　這個5%我們可以認(rèn)為是單單渦輪貢獻(xiàn)的（我個人認(rèn)為是保守?cái)?shù)字），而通常來說新車型都會有15%-25%的燃油經(jīng)濟(jì)性提升。（前面寶馬的例子屬于比較夸張的，美標(biāo)下提升30%，國標(biāo)下提升58%）我們看看其他廠家怎么說：

　　本田舉例說，新1.5T渦輪增壓發(fā)動機(jī)與經(jīng)典的1.8NA相比，扭力輸出提升45%，燃效提升15%。該款發(fā)動機(jī)將最先用于替代謳歌ILX的2.0NA發(fā)動機(jī)，能夠在稅費(fèi)進(jìn)一步降低的情況下性能大幅提升，ILX的競爭力也會大大增強(qiáng)。

　　四、從實(shí)用工況看渦輪增壓省油原理

　　先教大家看這個圖。這個圖叫做油耗特性曲線，是表示發(fā)動機(jī)在各工況下油耗的。橫軸是轉(zhuǎn)速，縱軸是扭矩（或者有效壓力），上面的等高線是燃油消耗率，單位是克/千瓦時，就是發(fā)動機(jī)輸出1度電的功需要燒掉多少克油。這個數(shù)自然是越低越省油。等高線最上面的邊界叫外特性線，就是油門踩到底的意思。

　　我現(xiàn)在想省油，我想知道圖里藍(lán)線的這臺2.6L自然吸氣在什么工況下效率最高？我們看到最低240的這個圈橫軸大概對應(yīng)2000-3000rpm，扭矩在80%-90%，所以說可以認(rèn)為在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速兩三千的時候，油門幾乎踩到底，這時候發(fā)動機(jī)的效率是最高的。發(fā)現(xiàn)問題了么？你根本不能維持在這個狀態(tài)，你要是真在兩千轉(zhuǎn)下油門幾乎踩到底的話，轉(zhuǎn)速一下子就竄上去了，馬上就會離開這個最高效率工況區(qū)。實(shí)際你也不可能讓車子一直處于加速狀態(tài)。

　　之前有些人說自然吸氣發(fā)動機(jī)最高效率能做到40%，所以自吸機(jī)效率高。這其實(shí)是沒意義的，因?yàn)閷?shí)際使用中這個最高效率的工況點(diǎn)是極少用到的。在日常使用中，大腳踩油門的工況是極少見的。相反，在日常駕駛時99%的時間內(nèi)，油門都沒有踩過30%，轉(zhuǎn)速不超過2500rpm。在這些小負(fù)荷低轉(zhuǎn)速的工況區(qū)，小排量增壓機(jī)的效率具有優(yōu)勢，從這張圖也能看出這點(diǎn)。（來源：汽車之家說客）

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