論熱效率水平，自吸和渦輪增壓誰更強？

我來分享一下自吸和增壓發動機熱效率的區別：

先我們來看看當前發動機的熱效率水平

我們看到目前熱效率排名最靠前發動機中，熱效率最高的幾台發動機都是自然吸氣發動機，而增壓發動機的最高熱效率要稍微低一些。

1.豐田最新的2.5L Dynamic Force Engine發動機，採用阿特金森循環，混合動力版本熱效率能夠達到41%，非混合動力普通版本，熱效率也能夠達到40%。這是目前熱效率水平最高的量產發動機了。獲得2019沃德十佳。

2.本田最新發布的雅閣2.0L混動發動機，阿特金森循環加上本田著名iVTEC技術，熱效率達到了40.6%。同樣獲得2019沃德十佳。

3.日產2.0T VC Turbo 可變增壓比發動機，這是是全球第一款量產可變壓縮比VCR發動機。日產公佈的信息是熱效率38%～39%。這一發動機是幾乎目前量產增壓發動機熱效率的最高水平了。

4.大眾EA211 1.5T Evo發動機，採用米勒循環加可變截面渦輪增壓器VGT，最高熱效率能夠達到38.4%。這一熱效率水平和日產的VC Turbo 可變增壓比發動機基本持平，也是當前增壓發動機的頂尖水平了。

總體來看，確實從最高熱效率角度來看，增壓發動機比自然吸氣發動機略低。同時，我們還看到，混合動力專用的自吸發動機的熱效率往往更高。下圖是豐田的研究結果，顯示混合動力發動機的熱效率更高。

這裏順便説一下，馬自達即將在2019年中量產的Skyactive X發動機。採用超高壓縮比和壓燃技術，馬自達聲稱熱效率能夠達到50%。但是這一發動機的燃燒方式和當前的汽油機完全不同，結合了汽油和柴油機的優勢，同時這台發動機還採用了一個機械增壓器來給稀薄燃燒提供足夠的空氣。因此也不能算是自然吸氣發動機。這個發動機我們作為特例，這裏先不比較。

二、分析一下為什麼自然吸氣發動機的最高熱效率會比增壓發動機更高

1、增壓發動機在大負荷會有爆震問題引起點火角推遲，影響熱效率。

我們可以看到汽油發動機的最高熱效率基本出現在中等轉速，80%負荷左右的位置（下圖可以看到豐田的自然吸氣發動機的最高熱效率位置，★的位置）。

在這一位置自然吸氣發動機的爆震風險很小，可以採用比較大的點火提前角。而增壓發動機由於增壓器提供了大量的空氣進入氣缸，因此在提升性能的同時容易產生爆震，必須通過推遲點火提前角來避免爆震，這極大的影響了增壓發動機的最高熱效率水平（下圖可以看到點火提前角推遲將引起很大的效率降低）。

2、增壓發動機在大負荷的泵氣損失比較大

泵氣損失簡單理解就是發動機吸入和排除空氣所消耗的能量。增壓發動機由於有增壓器的存在，確實在小負荷的時候可以減少泵氣損失，提高效率。可是在在大負荷的時候增壓器要利用排氣能量來推動渦輪機高速轉動，因此會造成發動機渦輪機前排氣背壓的提高，從而造成比自然吸氣發動機更高的泵氣損失。而大負荷才是最高熱效率區域的位置，因此這也直接影響了增壓發動機的最高熱效率水平。

三、小排量的渦輪增壓發動機是如何省油的

既然渦輪增壓發動機最高熱效率不如自吸發動機，那麼小排量渦輪增壓發動機是如何達到省油的效果呢。

這裏用到了轉移負荷區的概念，也就是用小排量渦輪增壓發動機代替同等功率大排量自吸發動機。由於增壓發動機可以在低轉速實現很高的扭矩，這樣通過變速箱速比的調整使發動機在同等輸出功率下在更低的轉速和更高的負荷運轉，這樣通過轉移發動機運行負荷區的辦法來間接的提高發動機實際運行時的效率。可以看出來，這一技術路線發動機的最高熱效率並沒有的提升。

下面是大眾發佈的一個研究結果，大家可以看一下如何通過轉移負荷區實現降低油耗的目標的。最終在加速性有提升的情況下整車NEDC工況油耗降低了22%。

四、為什麼同樣是自然吸氣，混動版本更加省油

我們看到混動版本比普通版本往往更加省油，其原因就是混動發動機由於電機的介入，發動機的工況變得大大的簡化，可以只運行在高效率區（下圖可以看到本田的混動發動機的運行區間完全集中在高效率區），而且不再需要發動機的高性能，因為電機可以幫助完成加速的瞬態過程。這樣的情況下混動發動機可以專注於效率的提升。比如採用更高的壓縮比來提升熱效率而不用擔心由此引起的功率下降。