自然吸氣和渦輪增壓間的熱效率到底誰更高？

牛車網網友坐等馮叔蘭陵王_峰小尊 問：

自然吸氣和渦輪增壓究竟誰才是未來？

牛車網網友tmh1944 答：

近日，豐田發佈了一款全新的直列四缸2.5L混合噴射發動機，該款發動機最大的亮點是將熱效率提升到了逆天的40%，成功成為了全球範圍內燃效最高的量產發動機。

這不禁引出了一個問題，這種超高燃效的自然吸氣發動機能否挑戰當下由渦輪增壓主導的汽車市場呢？進一步說，自然吸氣和渦輪增壓究竟誰才是未來呢？我為大家深入的分析一下。

我們從大家買車時普遍關注的一點——油耗來切入。為了對比的結果更有說服力，我們引入一張大神手繪的2.0L自然吸氣發動機的萬有特性圖。

這張圖用轉速作為橫坐標扭矩作為縱坐標，以類似地理學等高線的方式呈現，最上方的黑色加粗實線表示發動機能力範圍的邊界，叫做外特性曲線。而紅色的線則由相同油耗率的點連接構成，我們稱之為等油耗曲線。

由圖可知，最小的那個圈圈，就是油耗最低地帶，燃燒效率最高。任意駕駛風格和工況，都可以在圖上找到對應點，並判斷有多費油。簡直是一張神圖帶你看懂一台發動機啊。

如果一台車加了渦輪增壓，這張圖就會變為下面這個樣子。

從圖中我們可以看出，增壓後的發動機，等油耗曲線其實是差不多的，最佳油耗區還在原位，只是外特性曲線以上又擴出去一些“新區域”罷了。發動機之外的其他地方如果都不變的話，那麼常用工況區域也不會變。

可是一台自吸發動機裝上渦輪後，為了控制爆震，就必須降低壓縮比，而且還得對點火時刻進行修整，緩和氣缸燃燒工況。這麼一來，燃燒效率也就隨之下降。使用仔細對比上面兩張圖可以發現等高線上的油耗數值，增壓後的發動機是要高於自然吸氣的。

於是結論來了，如果單純在原有發動機上加渦輪，其他都不變，駕駛習慣也不變，油耗會有所增加，因為發動機效率下降了。

簡單加一個渦輪，動力是上去了，但油耗也隨之上升，怎麼辦呢？把排量降下來唄。

看,這台1.5T發動機最佳油耗區終於進入了常用區域，而且還引起了整個常用工況區域的油耗全面降低。

總結了以上兩條我們得出了以下結論：

（1）同排量，即單純在自吸發動機上裝一個渦輪的話，同樣的駕駛風格下，經濟性會惡化；（2）同動力，即較小排量增壓和較大排量自吸比較，前者經濟性更好；

花費這麼大篇幅介紹渦輪與自吸的油耗是為什麼呢？是為了讓大家更好的理解熱效率一詞，假如上文中提到的豐田新款2.5L發動機自然吸氣發動機和2.0T發動機擁有者相同的熱效率，同等油耗下的產出完全相同，你會怎麼選？可能你會覺得既然油耗動力都相同了，還有什麼好選的呢？那是因為你還不知道渦輪增壓的一個最大缺點。增壓之後，發動機在工作時的壓力和溫度都大大升高，因此發動機壽命會比同樣排量沒有經過增壓的發動機要短，而且機械性能、潤滑性能都會受到影響。在整個發動機的“生命週期”中，使用渦輪增壓相當於在提前透支發動機的“生命”。

總結：

自然吸氣發動起提升熱效率的方法是改善發動機的結構，目前40%的熱效率與50%以上的理論最大值還有一定的差距，未來的發展空間依舊巨大。渦輪增壓發動機提升熱效率的方法就是降低排氣量，這也是目前汽車市場小排量渦輪增壓遍地開花的原因。

大家目前選擇渦輪增壓的一個主要原因應該還是油耗，可當自然吸氣將熱效率提示到一個新的高度時，可能大家會做出不同的選擇。對於我來說，我並不想以縮短發動機“壽命”為代價換取熱效率，這次豐田這款2.5L自吸發動機的出現讓我看到了未來自然吸氣發動機的巨大潛力，因此在持續了多年的自吸VS渦輪增壓的戰役中，我為自吸投一票。