大排量发动机一定比小排量更费油么?如何让大排量发动机更省油?

芊千手绘画 2023-11-18 02:04:53

对于大多数工况而言,大排量车一定比小排量车更费油。但对于一些特殊工况,比如将车子的时速拉到180km左右时,5.0L的车子反而会比2.0L的车子更省油。原因很简单排量越大的发动机、动力越强,但这反而会导致其在常用车速下的效率偏低。

笔者这么去描述各位可能很难理解?举一个简单的例子,一台2.0L自吸轿车在匀速110km行驶时,发动机2000转、输出功率约为30匹马力、负荷40%左右,此时发动机热效率能达到较高的水准(37%-39%),而同样一台5.0L发动机跑匀速110km,转速只要1600转左右、负荷约20%,同样是输出30匹的马力但热效率只有30%左右。

通过这两个例子我们能发现(假设这两台车除了发动机外,其它参数均一致),输出同样的功率、跑同样的车速,但差异则在于两台机器的效率不同。30匹的马力输出时的转速与负荷能让2.0L发动机进入高效区间,却只能让5.0L发动机在最低效区间运行。可能有些朋友会问,那如果让大排量发动机也保持高效区间运行不可以么?

大排量机型保持高效区间运行会怎样呢?

答:一定会超速。原因很简单,2.0L机器在2000转、负荷30%时可能输出30-40匹的马力,此时发动机效率最佳。而5.0L机器同样是2000转、负荷30%输出,输出功率可能直接达到140匹左右,这样的功率输出足够让车子跑到150km、160km甚至更高。这样不就超速了么?这其实就是本文开头时所提到的那样,大排量机型在大多数常用工况下效率都很差(120km及以下)。

而只有在那些很少见的工况下才有可能把效率拉起来,比如超速行驶150km以上。但问题是这么开车很危险、也会受到处罚,市区那么拥堵、开到70km都费劲。而如今高速公路上的摄像头那么多,又有几个车友敢超速行驶呢?所以在咱们这这些超速工况就属于极端工况了,而大排量机器恰恰只有在这些工况上会比小排量机器省油。本质就是效率的博弈。

别陷入能量守恒定律的盲区

有些车友认为即便是大排量发动机,只要油门轻点踩、输出与小排量机型同样的功率则油耗也会与小排量机型一样?他们觉得这叫能量守恒,但真的是这样么?这实际上是个思维盲区,燃油燃烧后会转换成能量,这是不可质疑的。

燃油燃烧后的能量=动能+热能

燃油燃烧所产生的动能毫无意义(驱动废气涡轮是另一个故事),形成功率的是能量中的动能。但大排量、小排量机型在较低负荷与转速下烧同样的油,所产生的动能是完全不同的。也就是说在这种情况下大排量机型产生的动能更少、热损耗更多,而小排量机型产生的动能更多(对比大排量机型)。所以烧同样的油时,大排量机型输出的功率并不如小排量高。怎么办?在低负荷区间大排量机型只能多喷油些来解决。

举一个简单例子,比如小排量机型每循环烧5毫克燃油、可输出40匹马力。而换做大排量机型每循环依然烧5毫克燃油,或只能输出约30-35匹马力。并不是能量不守恒,只是热损耗部分大排量机型更多而已。所以在较低行驶速度下、烧同样的油,总能量守恒,但所产生的动能是不同的。这就是大排量的机型在大多数路况下均比小排量机器更费油的主要原因。

大排量机型什么时候更省油

大排量机型当然不是一定费油,只是在大多数情况下费油,而在特定条件下也可以比小排量机型更省油。比如保持170km行驶,此时的5.0L就能比2.0L甚至1.5L更省油。原因就是此时大排量机型的效率达到相对理想甚至最佳状态,但小排量机型负荷已经接近极限导致效率大幅度下降。30%、40%负荷的时候小排量机型的热效率能达到平均37%,而在全负荷状态下很可能跌破30%。

如上图某小排量发动机,它在2400转、输出扭矩130nm左右时(起始),可以达到最高热效率37%。当扭矩输出超过200nm、转速超过5000转后,其热效率跌破30%。这就是小排量机型大功率、高负荷输出时费油的原因,因为效率太低了。但大批量机型呢?扭矩输出同样200nm,负荷刚好合适、转速不到3000转,恰好达到了最佳工况。如此一来大排量机型开始省油。

也就是说跑市内、高速公路,大排量机型大概率更费油(要考虑到技术换代问题)。只有在特殊路况上大排量机型才能更省油,比如赛道上保持170km、180km时速行驶(甚至更高)。对于一台排量小的机器而言此负荷、转速太高,效率降低、燃烧恶化,自然就更费油。但对于大排量机器来说这或许刚刚好,此时大排量机器的效率则比小排量机器更高,所以在这时大排量机器要比小排量机器省油。只不过这样的工况实在是太少见了。

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