淺談汽車發動機的各項性能指標

劉明佳 李東方 王紅英 余頌彬 王瑞平

摘 要：發動機的性能指標用來表征發動機的性能特點，并作為評價各類發動機性能優劣的依據。當然，衡量一臺發動機質量的好壞，不能單從性能指標方面來考慮，要從動力性、經濟性、可靠性、耐久性、結構工藝、操縱維修、成本核算等多方面綜合的分析評價。但是，為了能夠更好的使用發動機，并為改進發動機質量尋找途徑，我們必須首先了解發動機的性能，了解發動機的各項性能指標，了解相關的特性曲線的含義。文章主要通過闡述發動機的相關性能指標，來引導消費者對發動機的性能進行更加全面、科學、準確的評價。關鍵詞：發動機;性能指標;動力性;經濟性;可靠性;耐久性;評價中圖分類號：U464 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2019）01-66-06

On the performance indexes of automobile engine

Liu Mingjia¹，?Li Dongfang¹， Wang Hongying¹，?Yu Songbin¹，?Wang Ruiping^1，2

（1.Jinan Geely Automobile Components Co，?Ltd.，?Shandong Jinan 250023;2.Zhejiang Geely Royal Engine Co.，?Ltd.，?Zhejiang Ningbo 315800?）

Abstract：?The performance indexes of engines are used to characterize the performance characteristics of engines. And they are used to be the basis for evaluating the performance of various engines. Of course， the quality of an engine can not be measured from the perspective of performance index alone， but from the dynamic， economic， reliability， durability， structural process， control maintenance， cost accounting and other comprehensive analysis and evaluation. However， in order to use the engine better and find ways to improve the quality of the engine， we must first understand the performance of the engine， understand the performance indicators of the engine， and understand the meaning of the relevant characteristic curve.In this paper， the related performance indicators of the engine are expounded to guide consumers to make a more comprehensive， scientific and accurate evaluation of the engine performance.Keywords：?engine;?performance indicators;?power performance;?economy; reliability; durability;?evaluationCLC NO.： U464 ?Document Code： B ?Article ID：?1671-7988（2019）01-66-06

引言

每當我們提到汽車，我們首先想到的應該是動力總成，提到動力總成，我們首先想到的應當是發動機和變速器，但當我們提到發動機，我們首先想到的是什么，功率？扭矩？活塞數？排量？0-100Km加速度？對的，就是這些，但是我想說，這些僅僅是評價發動機的動力性好壞的一些參數，僅僅依靠這些參數來評價一臺發動機，這是不科學的，不全面的，甚至有時候是會把我們引入歧途的。

本文主要通過闡述發動機的性能指標，來引導我們如何全面、準確、科學的評價一臺發動機的性能。

1 發動機的性能指標

發動機的性能指標用來表征發動機的性能特點，并作為評價各類發動機性能優劣的依據。同時發動機性能指標的建立還促進了發動機結構的不斷改進和創新。

1.1 動力性指標

定義：表征發動機做功能力大小的指標，一般用發動機的有效轉矩、有效功率、轉速和平均有效壓力作為評價發動機動力性好壞的指標。

有效轉矩：發動機對外輸出的轉矩，記作T_e，單位為N·m。

有效功率：發動機在單位時間對外輸出的有效功稱為有效功率，記作P_e，單位為Kw。

發動機轉速：發動機曲軸每分鐘的回轉數稱為發動機轉速，記作n，單位為r/min。

平均有效壓力：單位氣缸工作容積發出的有效功稱為平均有效壓力，記作P_me，單位是MPa。平均有效壓力越大，發動機的作功能力越強。現在很多發動機都采用了渦輪增壓，它的平均有效壓力就要高于自然吸氣的發動機。^[1]

公式為（1）

式中：T_e——有效轉矩，N·m

n ——曲軸轉速，r/min

1.2 經濟性指標

發動機經濟性指標是指發動機的經濟性要求，它包括有效熱效率和有效燃油消耗率等。

有效熱效率：燃料燃燒所產生的熱量轉化為有效功的百分數稱為有效熱效率，記作?e。

有效燃油消耗率：發動機每輸出1kW的有效功所消耗的燃油量稱為有效燃油消耗率，記作b_e，單位是g/（kW·h）。^[2]

公式為（2）

式中：B ——每小時燃油消耗量，kg/h

P_e——有效功率，kW

1.3 強化指標

強化指標是指發動機承受熱負荷和機械負荷能力的評價指標，一般包括升功率和強化系數等。

升功率：發動機在標定工況下，單位發動機排量輸出的有效功率稱為升功率，記作N₁，單位為Kw/L。升功率大，表明每升氣缸工作容積發出的有效功率大，發動機的熱負荷和機械負荷都高。^[3]

公式為（3）

式中：P_me——平均有效壓力，MPa

N——曲軸轉速，r/min

強化系數：平均有效壓力與活塞平均速度的乘積稱為強化系數。

1.4 緊湊性指標

緊湊性指標是用來表征發動機總體結構緊湊程度的指標，通常用比容積和比質量衡量。

比容積：發動機外廓體積與其標定功率的比值稱為比容積。

比質量：發動機的干質量與其標定功率的比值稱為比質量。（發動機干質量是指未加注燃油、機油和冷卻液的發動機質量。）^[4]

顯然，發動機的比容積和比質量越小，發動機結構越緊湊。

1.5 可靠性指標

評價可靠性的指標有首發故障行駛里程、平均故障間隔里程、主要零件的損壞率等。

1.6 耐久性指標

耐久性指標是指發動機主要零件磨損到不能繼續正常工作的極限時間。^[5]通常用發動機的大修里程，即發動機從出廠到第一次大修之間汽車行駛的里程數來衡量。現在絕大多數的發動機的大修里程都在二十萬公里以上，對于普通的家用轎車來說，終身不用大修是可以實現的。

2 評價發動機的誤區

上文列舉的發動機的8個性能指標大家應該都了解了，只有從這8個維度去評價衡量一臺發動機的性能才是比較全面的，然而大家關注最多的卻只有動力性能這一個方面，并且存在著很多認知上的誤區，下面由我來進行闡述。

2.1 發動機扭矩越大，提速越快、動力越強，是真的嗎？

每當我們去4S店買車，我們經常會碰到下面的場景，銷售人員總是會說“我們這款車的發動機扭矩很高，提速特別快，動力超強，你再看競品車型A的扭矩，低這么多，開起來一定很肉，沒勁，超車都費勁。”真的像銷售員所說的那樣嗎？——顯然不是。

發動機的動力性能有兩個指標：扭矩、功率。扭矩意味著發動機從曲軸端輸出的力矩;功率意味著發動機單位時間做工的快慢。^[6]它們兩者之間的關系是功率=扭矩×轉速。那么到底哪一個指標更能說明發動機的動力性能呢？

在這里我們引入工況圖與實際的加速成績進行對比分析。

圖1為大眾途觀EA888 1.8T發動機工況圖，圖2為末代2.4L自吸本田CRV的工況圖。大眾途觀的最大功率：118kW;最大扭矩為250N·m;自吸本田CRV的最大功率：140kW;最大扭矩為222N·m。

為何選擇這兩款車型進行對比？那是因為這兩者是同時代車型、同級別車型、同樣都是城市SUV，但一個是扭矩優先，一個是功率優先。

大眾官方宣稱1.8L EA888渦輪增壓機型可以獲得優于2.5L自然吸氣發動機的動力水平且排放更低。也有很多車評人在評車的時候會說類似的話：“這臺途觀搭載的是一臺1.8L的渦輪增壓發動機，在1500r/min就可達到最大扭矩250N·m，有效降低了渦輪遲滯，并且這種強勁的扭矩輸出將一直持續到4500r/min，這種爽快加速感，是自然吸氣所給不了的。”

真的是這樣的嗎？我們來分析一下。

首先很多車評人說這臺途觀從1500—— 4500r/min一直維持250N·m的最大扭矩輸出，這個結論是從工況圖上得來的。但他們真的看明白工況圖了嗎？工況圖的數據是車子在怠速狀態下，將油門踩到底，直至發動機達到紅區轉速這個過程當中，輸出扭矩與功率的變化曲線。我們平常在開車的過程當中，幾乎用不到最大扭矩值，因為我們油門踩到底的機會實在太少了。所以許多車評人的這種說法是錯誤的。

2.2 扭矩跟加速性能到底有沒有關系

扭矩跟加速性能有關系，但這里的扭矩指的不是發動機的輸出扭矩，而是車輪上的輸出扭矩。發動機的輸出扭矩要經過變速箱再傳遞給車輪，變速箱一個很大的作用就是變速變扭。輪上扭矩的大小不僅跟發動機的輸出扭矩有關，還與變速箱的傳動效率、傳動比、匹配的程度有很大的關系。所以，發動機的扭矩越大，車子提速越快，這種觀點是錯誤的。例如重型卡車，扭矩特大，提速卻非常慢。

發動機的最大扭矩平時開車用得到嗎？先明確的給出答案——幾乎用不到。這是為什么呢？

現在我們來看一下汽車行駛的工作流程：駕駛員踩下油門——ECU接收油門深度數據得知所需動力請求的大小——ECU根據程序設定計算出發動機所需實際輸出的有效功率——ECU根據所需的有效功率值控制變速箱檔位（傳動比）、節氣門開度（進氣量）、噴油壓力（噴油量）等。

以途觀1.8T為例，如圖1，當我們需要動力想加速的時候踩下油門，首先自動變速箱會先降檔選擇大的傳動比，接著轉速會一直攀升，但這臺途觀1.8T從4500r/min開始，扭矩就開始衰減，轉速繼續升高，由于功率=轉速×扭矩，可知，4500r/min之后扭矩減小，轉速繼續升高，這時功率達到最大進入恒功區。由此可見，在我們最需要扭矩的高轉速區域，發動機的扭矩反而在不斷衰退，且衰退的速度非常快。

通過上面這個例子我們不難看出，發動機的最大扭矩只能反映出發動機的發力特性，渦輪增壓發動機的特性就是渦輪介入提速的前段很猛，后段動力就開始不斷衰減。

接下來分析一下本田CRV的工況圖。這臺2.4排量的自然吸氣發動機在4400r/min時才達到最大扭矩222N·m，在4400r/min之前，扭矩攀升的速度較途觀1.8T緩慢一些，這就意味著CRV的前段發力較為柔和，爆發力不如途觀強。但在4400r/min之后，扭矩衰退的速度比途觀慢很多，轉速一直可以被拉到7000r/min達到最大功率140kW，反觀途觀1.8T，最大功率從6000r/min也開始衰退。這里有一個值得注意的小細節，CRV的扭矩特性曲線在2400——3000r/min之間時有一段小的恒扭區，3000——4400r/min這個階段，扭矩突然又接著往上增長。之所以會有這個變化是因為在3000r/min的時候VTEC被激活并且介入，低速凸輪停止工作，高速凸輪介入繼續工作，扭矩再次被釋放。這就是本田的i-VTEC技術。

講到這里大家一定會好奇，這兩輛車到底哪個提速更快？下面就來看一看38號車評中心的實測數據，如圖3所示。

綜合上面的所有分析，我們不難發現，發動機最高扭矩大并不意味著加速性能一定好，而功率這個參數才更能反映一臺發動機的動力水平。下面通過一個例子來更生動的說明扭矩、轉速、功率之間的關系。

舉個例子：一個人拿鏟子挖土，鏟子的大小就是扭矩，挖土的速度就是車子的轉速，而功率就是單位時間這個人的挖土量。鏟子小沒關系，提高挖土的速度，相同時間內的挖土量差別就不會很大。

下面我們再挑選兩款車型來驗證上面得到的結論：大眾第三代EA888發動機和本田1.5T ?L15BL發動機進行對比。

這兩款車型分別是：大眾邁騰330TSI 1.8T（搭載最新的第三代EA888引擎）和全新本田CRV（搭載?1.5T ?L15BL引擎）。

如表1所示，大眾邁騰330TSI 1.8T搭載最新的第三代EA888引擎，最大功率：132kW;最大扭矩：300N·m;最大扭矩轉速：1450——4100r/min;全新本田CRV 1.5T L15BL引擎，最大功率：142kW;最大扭矩：243N·m;最大扭矩轉速：2000——5000r/min。

為什么選這兩款車進行對比？因為這兩款車的重量相同，CRV比邁騰略重100Kg，價位也相同，并且同樣一個是扭矩優先，一個是功率優先。

通過對兩款機型數據的觀察，我們不難發現，大眾的EA888在1450r/min就進入恒扭區，而本田的L15BL在2000r/min才進入恒扭區，從這里可以看出，初端爆發力依舊是EA888的優勢。但大眾的EA888在4100r/min扭矩就開始衰退，4300r/min進入恒功區達到最大功率132kW。反觀本田的L15BL，雖然最高扭矩來的晚，但更持久，直到5000r/min扭矩才開始衰減，并且在5600r/min達到最大功率142kW。由此可以看出，本田的1.5T車型后段發力猛且更持久，并且得益于本田的CVT變速箱，可以遵循發動機線特性輸出，當一腳地板油踩到底時，CVT變速箱可以實現在最大功率點5600r/min的持續變速變矩，使車子一直處在一個動力最強的狀態。

現在我們再來看一下38號車評中心對這兩款車的評測對比。

從圖4、圖5的測試結果來看，本田這臺1.5T L15B系列發動機真的很強勁，無論是裝載在思域、雅閣、CRV，甚至冠道上，都有著不錯的表現。也印證了我們上面的觀點，發動機最大扭矩只能代表發動機的出力特性，而最大功率才更能反映一臺發動機的動力水平。

為什么渦輪增壓發動動機的最大扭矩到高轉速區就必須衰減呢？

因為渦輪增壓系統，壓值越大，產生的熱量就越大，為了燃油經濟性、保護發動機，以及不給冷卻系統造成過大負擔，通常在渦輪起壓達到正壓值之后，旁通閥便會打開，到達高轉速區間時，旁通閥開度更大，使渦輪不給發動機提供較大壓值。

3 自然吸氣發動機和渦輪增壓發動機的優缺點

自然吸氣發動機與渦輪增壓發動機究竟孰優孰劣的爭論一直未停止，在現今市場上基本分成了兩大派，但我認為其實他們各有優缺點，不一而足，自然吸氣發動機的優點是渦輪增壓發動機所沒有的，渦輪增壓的優點也是開自然吸氣車子的人無法感受到的。我們完全沒有必要將其定性的分為兩大流派，甚至是成為劍拔弩張的兩大對立陣營，我們要做的應該是以一種更加開放的態度去看待這兩種技術，只有真正適合自己的，并且從自身需要出發的，且不盲目跟風的才是最好的。下面我們從前文提到的八個維度去評價一下自然吸氣發動機和增壓發動機。

3.1 動力性指標方面

說起動力性指標方面，那肯定是渦輪發動機加速表現更好。市場上的小排量渦輪增壓發動機，利用空氣壓縮驅動渦輪來增加發動機進氣量，來達到增加輸出功率的目的，其優勢特別體現在動力性方面。^[7]

這是因為渦輪增壓發動機有著自吸發動機所沒有的更大的肺活量，我們知道肺活量大的人運動起來當然更有勁。現在，渦輪增壓發動機動力一般和其排量1.3～1.5倍左右的自然吸氣發動機的水平差不多。但這只是總體平均表現，實際表現是，渦輪發動機特別是在3000r/min后轉速區間內的“后勁”會比自然吸氣發動機強，部分出色的渦輪增壓發動機更能提供令人興奮的“高潮”。相對來說，自然吸氣發動機的后勁即使有，來得也是溫柔至極，沒那么刺激的感覺。

但渦輪增壓在這一方面也有缺點：那就是反應較滯后。雖然渦輪增壓能夠提升發動機的動力水平，但缺點也有不少，其中最明顯的兩項就是噪音大以及動力輸出反應滯后。那是因為渦輪由于轉子的慣性作用，葉輪對油門的驟時變化反應比較遲緩。從駕駛時踩油門提速的需求提出，到葉輪高速轉動將更多空氣壓進發動機之間，存在一個時間差，而且這個時間在一些渦輪增壓發動機上時間還不短。一般經過改良的渦輪也要至少1-2秒左右來增加或者減少進氣的壓力。^[8]如果你要突然加速的話，瞬間會有提不上速度的感覺。

3.2 經濟性指標

不少汽車廠商在宣傳渦輪增壓發動機時都提到了經濟省油這個優勢，但渦輪增壓發動機到底是否省油這個問題相信確實令不少消費者都覺得困惑。

從大多數使用者的反饋來看，渦輪增壓發動機談不上特別費油，但是好像也談不上特別省油，據籠統統計，大多數使用者反映一般會比同排量自然吸氣發動機油耗稍微高出一些，但這同性能指標相對應的更大排量自然吸氣發動機相比，油耗還是讓人感覺放心多了。

通過對一些渦輪增壓使用者的的了解，一般1.8T渦輪增壓發動機油耗相當于普通自然吸氣發動機2.0-2.4L排量的發動機。這也很正常，本來渦輪增壓這一技術僅僅是在相同的汽缸體積內增加更多充氣壓力，以獲得更好的功率和扭矩表現的。空氣壓力加大，汽油燃燒更為劇烈，汽油消耗也不會太小。所以依靠渦輪增壓來達到省油的目的看來是不太現實的。不過如果是市區內行駛的話，在堵車嚴重或者紅綠燈比較多的情形下，渦輪增壓車型還是能夠依靠較小的排量實現節油目的。這個道理很簡單，自然吸氣發動機的油耗是很穩定的，而渦輪增壓發動機的油耗，是和它的工作狀態，發動機與車輛自重的匹配，實際使用時的道路情況，駕駛環境以及駕駛方式等息息相關，渦輪增壓系統工作得多，油耗就高，反之油耗就會小一些。^[9]

3.3 強化指標方面

說到強化指標這一方面，我們明顯的知道，渦輪增壓發動機在渦輪介入工作時，各氣缸會得到更大的充氣量，這樣，使得發動機進氣效率更高，發動機做功速率得到很大提升，可以得到更大的扭矩及功率。^[10]

同時，渦輪增壓發動機在工作時，缸體的溫度及燃燒反應更加惡劣，溫度更高，燃燒更加劇烈，這樣發動機的熱效率得到顯著的提升。所以，從強化指標這一方面來說，增壓發動機還是有很明顯的優勢的。

3.4 緊湊性指標

談到緊湊性指標這一方面，其實，增壓發動機和自然吸氣發動機各有各的優勢，因為增壓發動機要達到要求的功率及扭矩可以是更小的排量的發動機，這樣，它同大排量自然吸氣發動機相比，可以得到更小的體積，但同時，由于增壓發動機的增壓器、廢棄渦輪增壓器等結構的設置，使得其的體積可能會有所增加，但是，在現在渦輪增壓技術的飛速發展之下，渦輪增壓系統的體積越來越被精簡以及優化，從緊湊性指標上來說，渦輪增壓發動機和自然吸氣發動機相比，差了一點，但是，會被技術所彌補的。

3.5 可靠性指標

一談到可靠性指標，那么不得不提自然吸氣發動機最大的優點：技術成熟，穩定性較高。

渦輪增壓發動機有著渦輪遲滯這類型動力系統的硬傷。而自然吸氣的發動機比較容易做得完善，又因油品要求低、結構簡單、維護簡單、扭矩分布均勻、提速線性、工作溫度低等特性，在平順性、耐久性、穩定性、安全性上比渦輪增壓發動機來得更有優勢。^[11]

但這只是一個方面，汽車工業有著汽車工業的追求，大家希望讓發動機有更大馬力，更省油，更有駕駛樂趣，所以這才有了不斷改進的自然吸氣發動機，以及渦輪增壓技術的出現和應用。再說任何技術都是從無到有，不斷發展，不斷完善的，如果我們只著眼于技術可靠，那么我們的產品都不需要更新換代了。

3.6 耐久性指標

由于渦輪工作時會給發動機帶來更高的燃燒溫度、更大的燃燒壓力，所以理論上說它的壽命不如自然吸氣發動機來得長久。

渦輪發動機在使用時要做到“延時熄火”，這是因為渦輪增壓器在正常工作狀態下能獲得充分冷卻，不會有問題，但是停車熄火斷電后，冷卻系統就不能對渦輪增壓系統繼續進行冷卻，而此時渦輪葉片仍然會因為慣性而高速轉動，軸承就容易高溫受損。這種損壞可能是瞬間的，也可能是微小的，但會日積月累縮短渦輪的工作壽命。針對這個問題，日常駕駛渦輪增壓的車，最好每次停車后做到延遲幾分熄火，以便于讓處于高溫狀態的渦輪葉片軸承獲得冷卻和潤滑，以達到延長軸承壽命目的。這是渦輪跟自然吸氣發動機最大、也差不多是唯一的使用方式上的區別。過去不少擁有渦輪車的車主會自己加裝一個延時熄火裝置（稱為TurboTimer），而大眾TSI渦輪發動機現在原廠已配有自動延遲冷卻系統，用戶已完全不用管延遲熄火的問題，相信這一技術在渦輪發動機中也會日漸普及。^[12]

渦輪增壓和自然吸氣兩種發動機技術，兩者之間追求的東西本來就不一樣，前者要的就是低排高效，而后者則注重穩定平順，這樣直接也形成了兩者間技術上的差異。^[13]

總而言之，無論是自然吸氣還是渦輪增壓，都是科技進步發展的優秀產物，存在就有其自身不可磨滅的功勛，至于如何選擇，可以根據自己平時的駕駛習慣選擇，適合自己的才是最好的。

4?結語

（1）本文介紹了如何客觀全面的評價一臺發動機，需從發動機的性能指標著手，從動力性、經濟性、緊湊性、耐久性、技術可靠性等方面全面進行評價，不能只著眼于片面而忽略整體;

（2）本文從第三者旁觀的角度，闡述了顧客買車時的相關誤區，以及4S店的一些錯誤觀點，并收集資料進行論證，引導客戶正確的購買汽車;

（3）本文從發動機的性能指標入手，粗略評價了增壓發動機與自然吸氣發動機的優缺點，并提出渦輪增壓發動機與自然吸氣發動機各有長處，應正常看待這兩類發動機，取長補短，共同發展。

參考文獻

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