5 全負荷性能

小型化渦輪增壓發動機的優勢之一是能夠獲得較大的低速扭矩，這有助于改善車輛的燃油經濟性，因為在與傳統發動機相同功率條件下變速箱可以置于較高檔位，使發動機運行在較低轉速工況下。此外，采用手動變速箱，在發動機和車輛的低速工況時可以獲得充足的扭矩。可以通過減少換檔頻率，而且避免了發動機轉速不必要的增長。因此，駕駛員可以獲得理想的動力性能和較好的燃油經濟性，關鍵在于確保充足的低速扭矩，各家公司采用了各種方法降低最大扭矩對應的發動機轉速。

通常，為了提高增壓壓力，需要增加進入渦輪的排氣能量（即增加排氣流量和排氣溫度）。但是，發動機在低速時較少的氣量很難滿足高增壓壓力的需求。可行的應對措施是改變氣門正時，將進氣門打開角度提前，使關閉正時設置到接近氣缸下止點（BDC），防止進氣回流（也就是完全不采用阿特金森循環），確保足夠的進氣流量。然而，因為氣門工作角度不變，這會導致在氣缸上止點（TDC）附近有較大的進排氣重疊角。以直列4缸發動機為例，相鄰氣缸的排氣倒流增加了這個氣缸中的殘余廢氣。最后，進入氣缸內的空氣量不會增加。此外，高溫殘余廢氣增加，壓縮行程缸內溫度升高導致敲缸現象（圖9）。圖9中，ηvb定義為修正到環境溫度和壓力條件下的充填效率。該值對應于節流閥全開無增壓的充填效率。

為避免此種現象，豐田汽車公司在8ＡＲ－ＦＴＳ發動機上采用了雙渦道渦輪增壓器，減少了進排氣門重疊期間相鄰氣缸的排氣倒流。然而，因成本和空間限制，當前的8ＮＲ－ＦＴＳ發動機采用單渦道渦輪增壓器。通過減小排氣凸輪作用持續角（240°CA變為210°CA），從而減小進排氣重疊角度和回流脈沖。結果顯示，排氣持續角減小時，殘余廢氣量減少，進氣量增加。

發動機燃油對機油的稀釋可能導致低速早燃（LSPI）。為減小燃油稀釋量，采用多點噴射策略（Multiple injection），示意圖如圖10所示，在各個進氣和壓縮行程進行3次噴油（圖11），進氣行程內2次、壓縮行程內1次。對噴油正時進行了調整，避免了燃油與進氣門和氣缸內壁接觸和附壁。這項措施有效地消除了早燃，將其發生的頻率降低到對活塞和活塞環無損壞的程度。

另外，在高速工況下，提高增壓壓力并不一定能提高發動機性能。較大排氣背壓和大量的殘余廢氣易導致敲缸現象，從而使點火正時延遲，排氣溫度升高。這里存在一個矛盾的地方，一方面希望進氣量大從而做工更多，要求提高增壓壓力；另一方面由于燃燒劇烈早燃爆震的問題不得不延遲點火，這樣會導致熱效率下降，性能下降，難以協調。因此，基于渦輪進口燃氣的溫度限制，需減少燃油噴射量來降低排氣溫度。與傳統催化器相比，將催化劑載體的孔間壁厚減小1/3，以降低背壓。此外，催化劑載體的強度提升，形成了六邊形催化器。這些措施確保了催化器的工作性能。

采取的其他措施包括集成排氣歧管的缸蓋、排氣冷卻、降低背壓、減少殘余廢氣，以及擴大過量空氣系數（λ）＝1燃燒區域等。集成排氣歧管的氣缸結構緊湊，確保了每個氣道的均勻冷卻，并消除了回流的影響。冷卻主要集中在弧形的排氣歧管，提高了排氣冷卻效率。同樣設計了較長的單獨排氣道，最大程度地提高渦輪增壓器效率。集成排氣歧管的冷卻設計得以優化，降低了發動機在高負荷工況的廢氣高溫。另一方面，發動機低速時排氣溫度相對較低，排氣和冷卻液之間的溫差變小，冷卻液流量減少。

圖14為全負荷特性。在轉速為1500rpm時 就達到了低速最大扭矩185Ｎ·ｍ，抑制發動機最大功率 85ｋＷ 時， λ ＝0．89。

注：一般來說，當系統判斷油門全開時，會強制讓空燃比在過濃狀態，一般λ 設計為0.85到0.9之間，這個時候油會多噴10%到15%且不參與做工，主要起著降低燃燒溫度和提高燃燒速度作用。小排量渦輪發動機由于受到先天的排量劣勢，在急加速的時候很容易進入性能空燃比狀態，會油部分燃料不參與燃燒，油耗會增多。但是在法規工況下，中低負荷較多，小排量在低速低負荷下由于排量優勢，油耗表現突出，這也就是目前世界范圍內流行小排量渦輪增壓發動機的原因，畢竟工信部油耗還是很重要的。