在过去的15年里,内燃机,特别是汽油发动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发动机技术的直射压和涡轮增压。这些技术使发动机小型化(减少位移和减少气缸数量),同时保持与以前的大位移发动机相同的输出。另外,输出扭矩越高,发动机就可以匹配更宽的齿比范围和齿比数的变速箱,从而实现发动机低速运行。因此,各大主机厂正在进行downsizing,少量涡轮增压发动机大量代理,甚至奔驰E级也在使用1.5T发动机。但是,小排量涡轮增压发动机真的省油和环保吗?
度小排量涡轮增压发动机的工作区间
如图左侧所示,对于小排量涡轮发动机的转速扭矩图,浅灰色是自然吸气间隔,深灰色是涡轮间隔。由于NEDC条件的特殊性,发动机经常在中低负荷下工作(蓝色)。为了达到NEDC排放和燃料消耗规定,确保发动机在低速低扭转区间达到最佳二氧化碳排放。少量涡轮增压发动机占优势。除非在NEDC条件下最大限度地使用发动机涡轮,否则油耗性能接近于小排量的自然吸气发动机,因此在获得车辆认证时非常好。当然,在实际使用中,不能在这么低的条件下永远使用。一旦进入涡轮条件,情况频繁,需要降低涡轮温度等因素很多,因此浓缩喷射的间隔很大,实际汽车的油耗会更高,排放也会下降很多。这说明小排量涡轮增压发动机不环保。(阿尔伯特爱因斯坦)(美国)。
PS:对于发动机来说,120公里/h的定速巡航处于中等转速中部以下。)。
然而,从2017年9月1日起,WLTC开始对在欧洲上市的所有新轿车生效,从2018年9月1日起,WLTC将对所有新注册的车辆生效。中国也从2019年7月1日开始接连实施WLTC互助。WLTC使用了更高的平均速度、更激烈的加速和减速、更严格的测试规范以及更好的设置,为消费者提供更准确的燃料消耗,因此在WLTC条件下,少量涡轮燃料消耗和大量自然吸入接近。SAE研究表明,少量涡轮增压发动机从NEDC转向WLTC后,燃料消耗从0.6L上升到1L,而大量自然吸气发动机燃料消耗仅从0.2L上升到0.5L。
但是为了未来,最大的变化是使用实际驾驶方法测试排放。-RDE必须在实际道路上收集排放物,而不是在实验室。因为该测试没有固定程序,所以在道路上行驶时随机性很大,所以发动机必须在全局工作范围内满足排放规定要求(例如图中的红色区域)。对于装有三元催化剂的汽油发动机,这一新的排放规定要求发动机总是在最高的空燃比下运行。注入过量空气以提高扭矩,使用浓缩混合物保护涡轮和催化剂的方法不再可用。对于小排量涡轮增压发动机,如果不采取其他改进措施,扭矩和功率将下降。
因此,目前欧洲的主机厂不再强调downsizing,改为“大小适中”。也就是说,为了保持发动机性能,适当增加排气量。最典型的是奥迪的EA888 Gen3B发动机,用2.0T取代原来的1.8T,不再仅仅是downsizing,而是通过多种技术维持或降低最大功率扭矩,重点考虑整个工作条件的燃料消耗和排放。(威廉莎士比亚,Northern Exposure,成功)但是这个方案受到发动机的结构和车内空间的影响。
大众EA888进化路线图
改善全部负荷条件的其他方法也称为EGR冷却、低温EGR系统,是减少整体工作条件的NOx排放。此外,用缸内喷雾战略取代传统的浓缩喷雾战略,可以通过水吸收燃烧室的热量,抑制NOx排放,保护排气系统,防止催化剂的劣化。
宝马气缸喷水技术
由此可见,针对未来严苛的排放法规,小型排气量涡轮增压发动机可能会逐渐失去市场,而适当排放的自然吸入或涡轮增压可能成为主流。以适当的排气量保证性能输出,在中低负荷下使用停止气缸技术减少燃料消耗,从而实现真正意义上的节能。
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