油耗那些事(三)发动机效率与变速箱匹配
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编辑于 2022年05月07日 08:41
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    油的热值确定之后,充分燃烧多少油,就一定释放多少能量。发动机只能把其中的一部分能量转化为机械能并且输出给车辆,这就是发动机效率。影响发动机效率的因素有很多,我们一一列举:

    一,燃烧充分程度

    顾名思义,就是油有多少是在发动机内充分燃烧为二氧化碳和水的。燃烧充分的发动机肯定比燃烧不充分的发动机效率要高,而且后者还会导致积碳,甚至喷火等(如转子发动机燃烧不充分,排出的气体中仍然有未燃烧充分的燃料,地板油时排气筒就能喷火;部分超高转速发动机和可变气门发动机在高转速下也会;采用延时开启节气门方式的涡轮增压机在油门突然大幅度踩下时也会这样)。

    二,发动机缸径与行程

    目前的活塞式发动机基本可分为大缸径、短行程与小缸径、长行程两大类。区别在哪呢?

    缸径大、行程短的发动机,曲轴可以做的更小,因此可以做到更高的转速,同体积能做更高的功率;缸径小、行程大的发动机,则有更多的做功行程,同时曲轴大、活塞对曲轴做功时的力矩更大,因此有着更好的扭矩表现。由于做功行程延长有利于燃烧的充分进行同时会减少废气带走的能量,因此大行程发动机在低转速下的油耗有明显优势。随着转速上升,大曲轴带来的劣势会抵消长冲程的优势,在高转速区间时效率会降低。目前越野车,装甲车及载重汽车如大货车,都是用的大行程发动机。

    大家可能还听说过“阿特金森循环”之类,这个其实就是为了让做功行程变的比压缩行程更大,来提高效率。这里不详细说明了,大家可以自行查阅。

    三,发动机效率曲线

汽油机效率曲线为g(单位 g燃料/kw)。M为扭矩,N为功率。

    这个是衡量发动机技术水平最重要的东西。发动机在合适的条件下才能发挥最高效率,这个条件我们称之为“理想工况”。这个具体效率同时受转速和输出扭矩的影响。

    打个比方,自吸的A发动机在2600转下,实际输出功率为40kw的时候效率最高,高达33%;在2200转下,实际输出功率为40kw的时候,由于燃烧不充分、产生积碳,效率只有26%,那么这个时候降档、升转速反而会省油(上坡适用);在2600转下,实力输出功率为25kw的情况下,A发动机效率为29%,但是在2200转、输出功率为25kw的时候,效率能到30%,这个时候就是2200转就比2600转更省油啦!为什么小马拉大车更费油呢?因为利用率低呗。发动机无法处于正常工作区间时,相同车型1.3的比2.0的耗油更多很正常的啊!

    那么涡轮增压呢?涡轮增压的实质就是压缩混合气体,使同样大小的发动机缸筒内有更多的氧气和燃料,从而能输出更高功率的做法。同样的,由于缸内压力更高、燃烧过程更剧烈,涡轮增压机可以在低转速下爆发出更高的扭矩。但是要注意的是,燃烧更剧烈不代表燃烧更充分(划重点),涡轮增压机由于排除的废气压力更高,所以发动机效率上限(记住是上限)是绝对不如自然吸气发动机的(划重点)。

    那为什么涡轮增压机大部分时候更省油呢?那是因为涡轮增压机的高效率工作区间更为广泛(划重点)。举个例子来说,自然吸气发动机只有2600转、输出功率为40kw的时候效率最高,能到33%,但是在其他转速、其他功率输出的条件下效率只有20%,而涡轮增压机则最高只能达到30%效率,可是最低也有27%,那么你说哪个更省油呢?

    那么,如何让发动机处于或者说接近于最佳工作状态呢?这就是上一期中我们提到的——为什么有的人开CVT比手动档更省油的问题了。这个问题,实质上是变速箱匹配度问题。

    看过上文之后,我们应该对于“档位多的省油”的原因有一个简单的认识了——上缓坡3档3300转和5档2200转都不合适那我就用4档2600转啊,那个只有4个档的傻眼了吧?CVT可以认为是无限多个档,所以CVT总可以在输出功率确定的情况下找到最适合的发动机转速,就这个地方省出的油足以抵消CVT传动效率的劣势了。

    这里不得不说一个自动变速箱的匹配度问题。要知道,自动档的车辆,发动机是间接受变速箱控制的。变速箱告诉中控:我要从3档3300转换到4档2600转了,等我这边离合断开后你尽快把发动机调整到2600转;或者说我要从3档3300转换到5档2200转了,等我这边离合断开后你尽快把发动机调整到2200转,这个都是由变速箱决定的。但是这里有一个问题:A发动机他是2600转更省油,可是B发动机它排量小啊,2600转输出这么大的功率它燃烧不充分啊,它3300转输出同样功率才更省油呢;C发动机排量大啊,而且是长行程、小缸径发动机,它1900转才更省油呢。你的变速箱知道吗?变速箱知道,那就说明变速箱和发动机匹配度高,省油;变速箱不知道这些,给你乱换挡,那能不多费油的嘛!所以说变速箱比发动机学问高多了,你以为买了来装上就行了?!CVT变速箱更是如此!

    那么混动为什么省油呢?我相信了解了前面内容的小伙伴们已经有答案了:发动机效率高呗。当然这只是一方面,但也是混动省油最重要的原因。咱们就来说说混动是怎么做到的:

    第一,混动都采用自然吸气的大行程、低转速发动机,在中低转速下能达到最高的效率(30%以上)。相应的,最大功率都不是很高(大行程发动机的先天不足之处)。

    第二,发动机大部分时候处于最高效率工作区间。行车速度慢、汽车行走所需功率少怎么办?带动发电机发电啊!电池满了怎么办?停止喷油用电啊!电损耗怎么办?耗就耗呗。发电机效率能到93%,电动机效率能到90%,转换成电再用电机效率损耗也不过16.3%,这还是往高了说的。不混动的车呢?低速行驶时发动机效率连20%都不到,50%以上的差距!

    说白了这也是一种变速箱匹配模式,这些都是由变速箱和中控电脑共同操作的。

    那么问题来了:如果跑高速,混动车的发动机光推动车都吃力、超出最佳工作范围怎么办?多烧油呗,你还比别人多带组电池电机呢,你不多烧油谁多烧?所以混动车跟别家车比高速油耗那是纯粹的找不自在呗,这下小伙伴了解了吗?