为什么现在小排量涡轮发动机越来越多？听说涡轮增压器容易坏，到底耐用吗？ 第1页

先回答问题的前半段：为什么现在小排量涡轮发动机越来越多？

先看结论的这里：1、自然进气发动机的热效率峰值高于涡轮增压。 2、NEDC循环的常用工况点），自然进气发动机的热效率显著低于涡轮增压。

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简单的说：小排量涡轮增压发动机越来越多，是供给端（车厂）为满足政策法规端（企业燃料消耗量限值、油耗积分、国6排放、消费税）和消费端（动力性、购置和使用成本）的一系列需求，作出平衡的结果。

上面那句显然不够通俗(shuo)易(ren)懂(hua)，那么跳过论证过程，看几个假设情况：

1、人在中东（不是中国东部），刚下飞机。名下产业包括但不限于N个油井，请选择

对不起，拿错剧本了，应该是

——大排量涡轮增压发动机，满足驾驶者一切梦想。

2、人在北美，刚下飞机。有EPA排放法规，没有排量税，油价低。请选择

——大排量自然进气发动机，排量即正义。

3、人在中东（真-中国东部），率先实施国6。交通拥堵严重，电动自行车是通勤速度最快的交通工具。买汽油车是为了遮风挡雨，以及冬天敢开暖风。动力，用得到么，可以吃么？

——小排量自然进气发动机，百公里加速一辈子，一辈子就一辈子吧。

中国人民的主流需求，显然没有以上那么极端。我们希望油耗低一点，但不希望动力大打折扣，购置成本也要合理。而车厂要在符合政策法规的前提下，尽量满足用户需求。

于是近五年来，小排量涡轮增压机型如雨后春笋。主流合资品牌里只有日产动作相对缓慢，导致董事长戈恩被日本检方逮捕（大雾，划掉）。

其幕后推手，是第四阶段中国乘用车企业平均燃料消耗量目标(CAFC)，从2015年的6.9L/100km变为2020年的5L/100km(NEDC循环)。

暂且忽略新能源汽车的折算优惠，以及与车重相关的目标值调整（二者背后的故事都值得再来几篇文章）。我们单看看NEDC循环的特点：

图中红线为发动机外特性，即各转速下，全油门时的扭矩输出。可见NEDC循环里，发动机工况点集中在左下区域，即偏向中低转速、小油门。记住这个特点。

观察同等动力的自然进气和涡轮增压发动机。图中的粗实线仍然为发动机外特性，细线为有效燃油消耗率(BSFC)的等值线（可类比地图的等高线）。等值线上的数字越小，意味着热效率越高。

于是，可以得到两个基本结论：

1、自然进气发动机的热效率峰值高于涡轮增压。

图中的涡轮增压发动机技术更先进（缸内直喷），BSFC最低值约为250g/kWh，而自然进气可以低到240g/kWh。市面上能买到的自然进气发动机，热效率峰值已经突破40%；而涡轮增压发动机，热效率峰值38%以上的凤毛麟角。

2、NEDC循环的常用工况点（图中左下角），自然进气发动机的热效率显著低于涡轮增压。

二者并不矛盾。这也是，NEDC工况下小排量涡轮增压更省油的秘密。

同时，由于缸内直喷技术能抑制爆震倾向，提升可用压缩比，常与涡轮增压一起使用，来获得更好的节油效果。以至于业内一旦提到涡轮增压汽油机，默认带有缸内直喷技术。

可能有人有疑问，NEDC循环源于几十年前的欧洲，是否反映国内的实际情况？那么，我们来看看第五阶段乘用车燃料消耗量的相关要求。

划重点：

1. 2025年平均油耗目标4.0L/100km(NEDC循环)。
2. 轻型车的油耗测试循环从2021年起，由NEDC循环切换为WLTC循环，至少持续到2025年。
3. WLTC循环下的目标值，将从4.0L/100km(NEDC循环)进行折算。

汽油机：

相对于加减速平稳、怠速和匀速偏多的NEDC循环，WLTP循环显然更为激烈。但其是否很好地反映国情呢？简单观察一下，WLTP循环含有超高速工况(~130km/h)，平均时速高达46km/h，明显与中国路况存在差异。

上述问题导致了中国工况(CATC)的诞生。

“……我国乘用车的怠速比例平均值在20%-30%之间，平均速度约为26.5km/h，车辆主要运行在中、低速区间，大于80 km/h的比例非常低。这与WLTC工况所给出的12.7%怠速比例、46.4km/h的平均时速相差甚远。

参考WLTC方法，中国乘用车工况（CLTC-P）去掉了与实际工况不符的超高速行驶部分，将交通量重新划分为3个速度区间，分别对应低速、中速和高速，工况时长共计1800秒，其中低速区间时间比例为37.4%，中速区间时间比例为38.5%，高速区间时间比例为24.1%，平均车速为29.0km/h，最大车速为114.0km/h，怠速比例为22.1%。

中国工况的实施时间表如下。为了协调国6排放的实施，轻型燃油车在未来5年采用WLTC工况。

WLTC工况下，增压发动机仍然具有省油的特点。但由于油耗标准继续加严，增压+48V轻混和深度米勒循环也将陆续与消费者见面。

油耗的故事先到这里，更大的麻烦——

国6来了，同一时间。

相对国5，国6对汽油机增加了PN（颗粒物数量）排放的要求。之前的直喷发动机，措手不及。

PN碳烟产生的主要机理为：燃烧过程中局部燃料过浓（不完全燃烧）。

而当前的直喷喷油器，其雾化效果，并没有宣传中那么美妙。直喷的燃烧组织模式，留给油滴自行扩散的时间不足，导致燃烧室内同时存在燃料（混合气）过浓-过稀的区域。燃烧过程中，燃料过浓的地方，将产生大量细小的碳烟。

主要解决方案有几个：

解决方案1、改善雾化效果，使用更高喷射压力的直喷系统

下图为不同喷射压力的喷油效果。可见喷射压力越高，油滴越细小，喷射范围也相应变宽。

这种方案，从碳烟形成的原理出发，属于治本。综合效果较好。

欧洲在这方面走的较快。2016年，大众在欧洲推出了EA211 1.5TSI evo发动机，使用了更高喷射压力的喷油器（35MPa）。出于“你懂得“的原因，国内尚未引进该发动机。

目前市场上使用这种方案的发动机，通用新一代Ecotec系列机型比较有代表性。泛亚和SGM深度参与了开发、验证、生产、服务的全过程，也算是国内一线汽车品牌技术和体系实力的体现吧。

这代Ecotec发动机在开发初（早到2013年）就预先考虑到潜在的一系列油耗和排放法规，提出“CSS”模块化设计概念，从根本的燃烧架构上进行应对。开发思路从制造优先转变为用户优先，追求单缸排量最优，不再锁定缸心距，降低了重量。

采用统一的新技术概念和构型，如35MPa高压直喷系统。

再加上通用的动力总成开发体系GPDP比较完善——国内也有多个自主品牌引进了通用这套GPDP开发体系，甚至还会当作宣传点来为自家品质背书。

解决方案2：进气道喷射+直喷

早年间是为了解决气门积碳和低负载噪音过大的问题，现在还用来处理碳烟。利用进气道喷射不容易形成碳烟的特点，在中低负荷引入进气道喷射。高负荷考虑爆震和性能，回到缸内直喷。

丰田和大众的部分2.0T使用这种方案，系统相对复杂（增加了进气道喷射系统），并且性能有所妥协（直喷比例变低）。所以一些丰田车型的国六版本性能参数会比国五版本有所缩水。

解决方案3：汽油颗粒捕集器(GPF)

从柴油机讨来的终极解决措施——在排气中增加陶瓷过滤器，拦截颗粒物。当国6的汽油车PN过渡期结束（实行6*10^11限值）以及RDE工况从只检测变为生效状态时，GPF将成为必备措施。

看上去是不是很美好？嘿嘿。

GPF作为过滤器，在使用中会逐渐堵塞，导致发动机性能下降。涉及到在线再生、保养和更换的问题。处理不当，用户后期使用的时间和金钱成本可能很高。

如果原机的颗粒物排放很差，硬上GPF来满足排放标准，如同“先污染后治理”的发展路线，并不明智。

解决方案4、基于现有硬件，进行优化和标定

排放要求提升，油耗又不能增加，动力就要妥协。为了发动机账面数据不太难看，还要尽可能保持某个点的峰值扭矩不降低。如果标定不够妥当，还可能引起机油稀释（产机油）等一系列问题。

部分低成本的自然吸气发动机，以及低功版增压发动机使用此类方案。某畅销A级轿车，使用1.5L自然吸气发动机，国6版的实际动力表现比国5版又下了一个台阶。某豪华品牌的1.5T和低功率2.0T发动机，其额定功率低到不可思议的程度，坊间笑称“涡轮减压“。

也有优点，就是花费少，也能勉强达到国六B。

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然后呢，就是说到问题的后半部分：质量。

质量其实首先是“开发”出来的，以设计打底。然后才是试验和制造出来的。对于全新开发的动力总成，从项目启动到投向市场，需要4年以上的开发周期，保证有竞争力的动力，和10年24万公里的耐久性。

还以通用体系举例好了（我也就比较了解这套体系），由于动力总成开发体系GPDP比整车开发体系GVDP流程更长，其配合关系尤其重要。

GPDP体系下的验证阶段，将会进行8种发动机耐久性试验：

1 整机结构性耐久，相当于整车24万公里。
2 冷热冲击试验，冷却液温度在在23⁰C与115⁰C之间交替。
3 深度热冲击试验，冷却液温度在-25⁰C与115⁰C之间交替。
4 热拉伤试验，使用新机，最小配缸间隙运行到发动机允许最高水温油温3小时。
5 低速耐久试验（全负荷），历时2个半月。
6 发动机冷起动试验，-29⁰C起动，共90个循环。
7 低速耐久试验，注重低速和怠速。
8 自动启停耐久试验，共287500个循环。

不可否认，现在的小排量涡轮机因为排放油耗等各种条框，技术比起自然吸气时代，技术确实复杂，而且对制造的要求也是越来越高。举个例子，比如Ecotec新一代CSS发动机的技术核心之一：35MPa高压直喷系统。这套系统对制造工艺的要求陡然提升，高压油管材质由普通S304奥氏体不锈钢，升级为S32304奥氏体-铁素体双相不锈钢，材料屈服强度翻倍，以应对喷油系统压力由20MPa提升到35MPa。由于系统压力提升，焊接和激光打孔工艺的精度要求也相应增加。

制造难度陡增，可能就是为什么很多人觉得新技术是不是会不可靠的一大原因吧……其实厂商也会相应提升制造上的技术，作为应对之道：“为保证整机的可靠性，上汽通用引入了深度学习算法支持的防错识别和智能激光检测技术，在关键零件上使用追溯芯片，利用大数据实现精确的全过程质量管理。”——这是个“魔高一尺道高一丈”的攻关故事。结果就是，现在的小排量发动机在故障率上，并不比原先的自然吸气发动机来得糟糕，作为消费者没必要有多余的担心。

另一方面，为解决用户对新技术的焦虑，一些厂商延长了质保。通用会给旗下的新一代Ecotec发动机提供8年或16万公里上汽通用的原厂质保，这个里程和时间长度在开发、试验和制造的环节上，早已有预先的耐久性考虑，能全面覆盖到燃油车的大部分生命周期。厂家把这份说是承诺也好、实惠也好给到了消费者这端，而且不但面对第一任车主，如果发生交易，在后面车主身上质保依旧可用，可以大幅缓解潜在车主对小排量涡轮机不放心的担忧吧。

综上，面对所有厂商都大势所趋的发动机down-size过程，和确实在努力提高效率、改善排放的发动机黑科技的应用，作为消费者坦然接受就好，再配合不同厂商的原厂质保政策，也没什么好多余担心的，油耗确实比上个时代的发动机有所降低啊～～

优点：

1.小排量发动机可以大幅降低整车的消费税成本。

2.小排量发动机在NEDC工况下进行油耗测试时，处于高效率区间。

缺点：

1.小排量导致怠速起步动力不足，由于进、排气风机、中冷器和涡轮的阻碍，起步性能比不上同排量、同年代的自然吸气发动机。比如1.5T怠速起步加速度低于1.5自吸，2.0T怠速起步加速度低于2.0自吸，通常要起步2秒后，两车速度可以持平（后面涡轮增压会反超）；3秒后，两车位移持平（后面涡轮增压反超）。

2.小排量涡轮增压在中高负载油耗恶化严重。虽然中高负载都比较耗油，但用增压器打出来的动力，油耗特别高。所以目前涡轮增压发动机都会把D挡标定的非常佛系，不到1500转就升挡，不断升挡，动力非常差；S挡再厉害，如果你用不起，那就毫无意义。

据我观察，绝大部分人开车时只用到自吸段的动力。涡轮转速比较低，不影响寿命。

汽油机的可靠性的确会下降，但是柴油机还行，因为柴油机的排气冲程出来的废气温度要比汽油机低，涡轮工作环境相对不那么恶劣。

原因无非是中国实行排量税和基于排量的车船税，部分车企希望通过降低排量税来获得更大利润。还有就是NEDC测试方法脱离实际使用工况，小排量涡轮增压对这个考试特别擅长。