自然吸气发动机与涡轮增压发动机的优缺点

在汽车领域有这样一个话题喋喋不休的争论了太久：选择汽车应该选自然吸气还是涡轮增压？如果在十年前相信大部分汽车爱好者会给出自然吸气的答案，因为当时的增压技术尚不够稳定，增压器的使用寿命与稳定性还不是那么的理想。然而十余年过去后已经今非昔比了，下面通过学习内燃机的运行原理来解析为什么NA很有可能被全面淘汰。

NA_normally aspirated，释义为自然吸气技术。在提到这种发动机时很多人都会有「L」标注，比如1.5L/2.0L，但是这种标准方法是错误的：litre·L代表英制单位的升，数字加L的组合指的是发动机的排量，所以以后应该将自然吸气发动机称之为“1.5/2.0L-NA”。

燃油动力汽车装备的发动机为「往复循环式·内燃式热机」，往复指的内燃机活塞在气缸内上下运转，同时通过连杆带动发动机曲轴转动并输出转矩（动力）。内燃的概念指燃烧做功在机体气缸的内部（顶端·燃烧室）完成，燃烧的过程中会产生内能，这种能量会转化为动能与驱动活塞运转，这是内燃机的运行原理。

自然吸气正是通过内燃机活塞下行时产生的负压吸气，通过进气管路从车头位置吸入空气。这就像小时候玩过的针筒一样，往后拉就能吸入空气或者水。那么这种进气方式有什么优缺点呢？第一节只讲优点，那就是进气的原理非常简单则机体结构也非常简单，理论上机器的故障率与制造成本都会很低。

涡轮增压&燃烧概念；T_turbo指废气涡轮增压系统，这是目前普及率最高的主流增压技术。第一节讲述了内燃机的运行原理，但是还有一个重要知识需要讲解：什么是燃烧。「燃烧」为什么会产生热能（扭矩）？原因在于燃烧并不是一种是结果，而是导出结果的过程！

燃烧指燃油中碳氢化合物与氧气的氧化还原反应，在反应过程中将会是分子无规则的剧烈运动；可理解为通过分子运动与活塞气缸的结构导向特点，实现定向作用力推动活塞曲轴往复运转，通过分子碰撞摩擦产生热能（高温）。也就是说燃烧的过程才是转化动能的方式——燃烧需要什么？

「氧化还原反应」是一种化学反应的概念，内燃机是化学发动机。燃油本身不会产生能量，比如在油箱内部就会很稳定；真的反应是需要氧气催化，关键点为等量的燃油面对越多的氧气，在固定时间内反应过程中的强度（兴奋程度）就会越夸张。说白了就是送到燃烧室的空气中的氧浓度越高，燃烧转化的【扭矩】就会越大！扭矩有什么用？

【扭矩×转速÷9549×1.36＝马力】众所周知发动机的马力越大，汽车的加速能力就会越强，而且车速也会越高。所以大马力是很重要的“汽车素质”，但是实现大马力的最佳方式一定是「大扭矩×低转速」，因为发动机的转速越好耗油量或耗电量就会越大（费油）。普通代步汽车的转速往往都会限制在≤7000rpm的转速区间内，也就是说转速范围是相当的，那么哪种类型的扭矩大，而且能持续输出大扭矩就能实现“大扭低转·节油模式”，请看第三节。

如果增扭？NA机型_玩排量，Turbo动力_玩氧气，NA发动机提升扭矩的方式非常原始，是利用转速的提升同步提高运行负压吸力，以吸入更多空气实现喷射更多燃油——理论空气燃料比为14.7:1，所以进气量越大喷油就会越多，燃烧更多燃油自然能产生更大的扭矩。

但是这种方式真的是很差了，因为扭矩的提升完全大量消耗燃油；而且扭矩只能跟着转速的增长而同步增长，这就决定了中低转速进气量小的范围内输出马力会很低。普通的2.0L-NA发动机只有100kw/200N·m的平均水平，最大扭矩往往要在4000/4500rpm区间才能爆发；这种机器相比涡轮增压机型有多大差距呢？

第二节说明了燃烧的概念：等量燃油面对更多氧气，其反应状态强烈就能转化出更大的扭矩。【涡轮增压器】说白了就是台空气压缩机，其功能是通过每分钟数万甚至十余万转的高速旋转涡轮，对吸入进气道内部的空气进行体积的压缩！空气被压缩的是分子之间的间隙，分子的数量并没有减少，于是压缩变小后的等量体积空气中，含有的各类分子（主要为氧分子）浓度就会增大！

扭矩的增长就能带来马力的增长，而且扭矩能够在很大的发动机转速范围内维持峰值输出；原因为涡轮的惯性质量是固定的，依靠内燃机运行中产生的排气驱动其运转，只要转速针对的排气压力达到标准就能涡轮达到最大转速（最大压缩空气能力）——直到因转速过高造成进排气受到影响扭矩才会开始下滑，普通涡轮增压发动机普遍能在1500~4000转之间维持最大扭矩。

优秀的涡轮增压发动机扭矩标准；1.5T-缸内直喷发动机平均为270N·m（1500~4000rpm），超越主流2.5L-NA。2.0T-缸内直喷发动机平均为370N·m（1500~3500rpm），超越主流3.0NA-V6。有这么两台发动机作为参考也就足够了吧，那么通过增氧增扭的涡轮增压发动机，在燃烧火焰温度如此之高的前提下，其质量能够稳定吗？其实完全不用担心，因为今天的材料学技术与润滑油机油，可以做到让增压器的使用寿命与总成基本相当（增压器需要机油或机油＋防冻冷却液辅助润滑散热）。

目前主流的华系、美系、欧系三大车系汽车都以这种内燃机为主，巨大的保有量也足以说明这种机器的稳定性了吧。所以选择燃油动力汽车应当以涡轮增压为首选项，因为只有这种机器能做到【低油耗·高性能】相对兼备！不过未来汽车最终还是会以电机为主，这种发动机的能量转化效率可高达95%左右，是内燃机热效率平均值的三倍左右哦！

/2025年内，纯燃油动力汽车的新车选项将会越来越少，因为十余一线车企都已经公布了在这一范围内的燃油车停产计划。取而代之的将会是「PHEV&REEV」插电混动或增程汽车，其中主攻快销车（相对低价汽车）的会是增程REEV；原理是利用内燃机以种地转速恒定运行发电，车辆以消耗电能为基础用电机驱动，这种模式会非常节油哦。

原理应该很好理解了，首先电机的转化率是内燃机的数倍，这就等于内燃机浪费了部分能量可通过高效电机给补偿回来。其次内燃机恒定转速运行肯定会节油，概念可理解为定速巡航驾驶时的油耗，总会比转速大范围波动的城市道路油耗低——增程系统稳定了内燃机的低转标准，这一标准的发电量可满足高效电机的消耗，这就是节油的原理。所以未来的汽车电动化过渡期内会以两类混动为主（PHEV主攻性能车），最终都会成为纯电驱动。