【wltc】WLTC工况下，还能一味的追求小排量涡轮发动机？

在过去的15年中，内燃机（特别是汽油机）取得了很大的进步。由于二氧化碳排放法规的限制，工程师们在汽油发动机上使用了才有发动机技术的直喷和涡轮增压。这些技术使得在发动机小型化（排量减少及减少汽缸数量）的同时保持了跟以前大排量发动机一样的输出。另外，更高的输出扭矩使得发动机可以匹配更宽泛的齿比范围和齿比数的变速箱，得以实现发动机的低速运转。因此各大主机厂都在进行downsizing，小排量涡轮增压发动机大行其道，甚至奔驰E级都用1.5T发动机了。然而，小排量涡轮增压发动机真的省油环保吗？

图 小排量涡轮增压发动机在不同工况下的运行区间

如图左边所示，为某一款小排量涡轮发动机的转速扭矩图，浅灰色是自然吸气区间，深灰色是涡轮区间。由于NEDC工况的特殊性，发动机往往在中低负荷下工作（蓝色），为了达到NEDC的排放和油耗法规，让发动机在低速低扭区间都会有最好的二氧化碳排放表现，小排量涡轮增压发动机就具有优势，只要让发动机涡轮尽可能在NEDC工况中不使用，油耗表现就接近小排量的自然吸气发动机，这使得车辆认证时会有很低的油耗表现。当然，在实际使用中，不可能永远使用在如此低的工况下，一旦进入了涡轮工况，变工况频繁且需要给涡轮降温等等因素，加浓喷射的区间较大，所以实车油耗会高一些，排放也会差很多，这就解释了小排量涡轮增压发动机并不环保这个观点。

（PS：对于发动机来说，120km/h定速巡航为中转速中负荷）

然而，2017年9月1日起，WLTC开始对所有在欧洲上市的新乘用车生效，而从2018年9月1日开始，WLTC将对所有新注册车辆生效。中国也于2019年7月1日开始陆陆续续实行WLTC工况。WLTC使用了更高的平均速度，更激烈的加速和减速，更严苛的测试规范，以及使用了更好的设变以提供给消费者更准确的油耗，如图中间所示，绿色区域为WLTC工况，对于小排量涡轮增压发动机来说，涡轮工况明显增多，尤其在急加速急减速的工况中，油耗恶化明显。因此，WLTC工况下小排量涡轮油耗和大排量的自然吸气会接近。根据SAE的研究，小排量涡轮增压发动机从NEDC切换到WLTC后，油耗上升0.6L到1L，而大排量自然吸气发动机油耗只上升0.2L到0.5L。

然而，面向未来，最大的改变是使用了实际驾驶法来测试排放-RDE，这项测试需要在实际道路上采集排放物，而不是在实验室里。由于这个测试没有固定程序，在路上行驶的时候有很多随机性，这就需要发动机在全域工作范围内都能满足排放法规需求，如图中红色区域。对于装配有三元催化的汽油机来说，这个新的排放法规需要发动机一直工作在最佳空燃比。通过注入过量空气来提高扭矩，和使用加浓混合气来保护涡轮与催化器的方法将不能再使用。对于小排量涡轮增压发动机来说，如果不采用其他改进措施的话，扭矩和功率将会下降。

所以，现在欧洲的主机厂不再强调downsizing了，改叫“合适的尺寸”，也就是适当增加排量来保持发动机的性能。最典型的是奥迪的EA888 Gen3B发动机，用2.0T替代原来的1.8T，不再一味的downsizing，而是通过各种技术加成，保持或降低最大功率扭矩，着重考虑全工况的油耗与排放。但这种方案受制于发动机的结构和车内空间的影响。

大众EA888进化路线图

其他可以改善全负荷工况的方法是EGR冷却，也叫低温EGR系统，降低全工况的NOx排放。以及用缸内喷水策略替代传统的加浓喷射策略，通过水来吸收燃烧室的热量，抑制NOx的排放，也可以保护排气系统和防止催化器的劣化。

宝马缸内喷水技术

由此可见，面向未来严苛的排放法规，小排量涡轮增压发动机可能会渐渐失去市场，相反，适当排量的自然吸气或者涡轮增压会成为主流，用适当的排量保证性能输出，在中低负荷下用停缸技术降低油耗，从而在真正意义上实现节能减排。