汽车油耗的评价有太多的“随意性”,比如国产车更省油,大排量车更省油,自然吸气发动机更省油,三缸动力车更省油。面对这些评价,汽车行业的从业人员只有一个态度:嗤之以鼻,因为不是具体针对两辆车的对比,也不是具体针对两台发动机或驱动系统的对比,无法确定谁的油耗会更高。本文不讨论对汽车的偏见,重点是同等排量的汽车油耗会不会一样(或者普遍偏高)。
排量与扭矩关系
内燃机排量的概念是什么?简而言之,它是所有气缸的进气量或排气量的总和。理解为进入发动机气缸空的气体总体积。内燃机排量越大,空气量自然越大,根据进气量和燃烧废气含氧量分析计算喷油量。通俗的解释是排量越大,喷油量越大。内燃机是依靠燃烧燃料产生热能并将热能转化为机械能的机器。同样的燃料热值是固定的,那么是不是可以说排量确定后油耗就可以相对确定了?
答案显然是否定的,如果燃油的热值相同,喷油量也会相同,但是发动机的压缩比和燃烧效率会有很大的不同。汽车四冲程内燃机的核心步骤是压缩和膨胀冲程。压缩是指活塞在气缸内自下而上压缩空气体。压缩比越高,产生的温度越高,燃料的蒸发能力越强。混合油气蒸发速度快,或者气化程度比较理想,燃烧时的热能强度(分子运动强度)会更大,最终扭矩值也会更高——不同排量发动机的压缩比会有很大的不同。
压缩比的不同在一定程度上决定了扭矩的不同。比如2.0T发动机最大扭矩只有250n·m,只能在2000-4000 rpm之间连续输出。而同等排量的2.0T高性能机,最大扭矩为400N·m,在1550 ~ 4400 rpm之间可以稳定输出,这与压缩比有很大关系,但不是唯一的影响因素,这涉及到喷油方式与蒸发效率的关系。
首先多点电喷发动机是在进气歧管内喷油,为了不在喷油时将燃油喷射到狭窄的管壁上,这种喷油方式的压力总会很小;喷油压力小则燃油雾化效果差,与空气混合后蒸发的速度自然会慢一些;通俗的解释可理解为低压喷油的“油珠”颗粒大,蒸发的速度自然会慢一些。主流的缸内支配发动机是在气缸内部喷油,燃油即使沾到气缸壁上也能通过压缩产生的高温雾化蒸发,而绝大部分汽油是以更细密的状态雾化并环绕在气缸内部,“油珠”小则蒸发速度快。在相同时间的压缩冲程中蒸发的程度更理想,在点火后膨胀做功的强度也就会更强。
综上所述,除了压缩比对扭矩的影响外,喷射方式与直喷的压差也会影响热效率。热效率的差异决定了发动机扭矩,发动机扭矩直接决定了车辆的马力、性能和油耗。
扭矩与马力和转速的关系
【(rpm×N·m÷9549)×1.36 = PS】
rpm为转速单位N·m为扭矩单位9549为常数1.36为倍率
PS是马力的单位,这个公式自然就是计算马力的公式。恒功率和倍率不会变,只有速度和扭矩决定马力。(公制)马力的概念是1PS可以驱动75公斤的物体以一米一秒的速度运动。在驱动力不变的前提下,物体越重,移动速度越慢;相反,马力越小,移动速度越快。汽车的重量是相对恒定的,但交通流的移动速度是相对可变的,所以当发动机马力较高时,汽车一定有更好的驾驶感受。那么,假设两台发动机都以100PS马力驱动,第一季度发动机油耗有什么区别?
100PS和250N m的2.0T发动机,其定速行驶需要发动机达到2800 rpm左右。而同样的100PS马力匹配400N m 2.0T发动机,同样的速度行驶只需要发动机达到1700 rpm左右的低速即可。这两台发动机排量是一样的,所以喷油量自然是一样的。扭矩的差异只是两台发动机的利用率或转换能力的差异,并不影响燃油喷射基数。但发动机转速越高,喷油量越大。250牛·米的2.0T发动机在转速超过1100转/分时,可以输出与400牛·米发动机相同的100马力。油耗不是高很多吗?
总结:排量相同的发动机并不意味着油耗会相同甚至相等,因为内燃机的技术水平不能简单的指排量。相同排量的2.0NA自然吸气发动机扭矩只有200n·m左右,但使用低效率涡轮增压器可以提升到250n·m,使用高位供油系统、燃烧系统和高性能涡轮增压器可以达到400n·m,差距极大。
除了发动机本身的影响外,变速箱在传动过程中的功率损耗、不同车辆的风阻系数、轮胎的抓地力等因素都会影响最终的轮上功率。所以,评价某款车的油耗,一定要对比同技术水平、同等参数的竞品,否则即使得到答案,也没有参考价值。油耗是客观数据,不能“猜测”。