首先,我们先给两个最重要的结论.第一,如果只考虑发动机的排量这一单一变量,而保持其他因素都不变,发动机的排量越大,汽车的油耗一定是越高的,后面我们会解释为什么.第二,如果我们关心的是影响汽车油耗的因素,那么除了发动机排量这个因素之外,还有很多其他的影响因素,比如发动机的技术含量(可变气门,燃油直喷,涡轮增压,发动机停缸等等),变速箱的匹配情况(有多少挡位,是否和发动机匹配得合理),车辆的能耗情况(重量,滚动阻力,风阻系数)等等,所以实际中如果设计得合理,大排量发动机的油耗也是可以比小排量发动机更低的.
那么下面,我们系统地展开一下这两个方面的内容.
首先,保持其他所有条件不变,发动机排量越大越费油对于很多人来说似乎是一件正常的事情,因为很多人直观的感受是,发动机排量越大动力越强,那么开车越容易加速猛,速度快,油耗自然更高.但是这其实不是我们想表达的意思.简单来说,上面这种思维方式,其实是没有什么太大意义的,因为这是一件永远都成立的事情,能耗需求高,油耗自然更高.我们下面考虑的是,如果让一辆排量小的车和一辆排量大的车都跑同一个驾驶循环,两者油耗孰高孰低,举例来讲,我们比较的不是一辆2.0升排量的车开100km/h和一辆4.0升排量的车开200km/h油耗谁高谁低,而是两者都开100km/h的时候谁的油耗低以及为什么是这样.
在这个框架下,经过系统的原理分析(较长,本文不展开了),工程师能够得出下面这个结论:永远是排量大的发动机效率低.为什么呢?很简单,因为在相同的动力输出下,此时排量大的发动机的效率是低于排量小的发动机的效率的,效率低,那么油耗自然就高.对于一般消费者的驾驶习惯,基本上4.0升及以上排量的发动机,输出车辆日常行驶的动力(这个动力比较小,只有5-30Kw),基本上就处于自己低负荷的低效率区间了.所以这个时候,一个2.0升排量的发动机显然是更省油的.
不过呢,这个结论不代表发动机排量可以无限小,也就是2.0的比4.0的省油,1.0的就一定比2.0的省油.为什么?也很简单,刚刚我们说了,2.0的发动机比4.0的省油是因为日常驾驶的动力需求正好处于2.0升发动机的中高负荷高效率区间,而在4.0的低负荷低效率区间.此时如果换成1.0的发动机,为了保持同样的动力输出,发动机就比必须更加频繁地在最高负荷区间工作(因为他本身的动力小),而恰巧此时发动机的效率也是偏低的,反而会导致油耗升高.
同样的情况也可以发生在2.0升发动机身上.比如2.0排量的车和4.0排量的车同样都保持200km/h行驶,这个时候因为动力的需求很大(80-100kw),2.0升发动机是处在自己的最大功率(最大负荷)附近工作的,而4.0升发动机正好处在自己效率最高的中高符合区域,4.0排量的发动机比2.0的省油,就是很自然的事情了.
所以做个简单的总结.第一,对于一般人的日常驾驶,发动机的排量越大越费油,但这不代表发动机的排量越小越省油,而是根据车辆的具体情况有一个最优值,低于这个数值,排量更小的发动机反而容易更费油.第二,对于非常激烈的驾驶,也就是持续需要非常大动力的情况,比如赛道驾驶或者不限速高速,一般情况下认为省油的发动机(2.0),比大排量的(4.0)更加费油也是很正常的.
到这里,发动机排量对于油耗的影响基本上说清楚了,本质原因就是发动机在自己的低功率区间效率低,中高功率区间效率高,最大功率区间效率又低了,而这个现象,是所有活塞式发动机都具备的特性.
好了,到这里事情其实只说了一半.我们刚才说了,除了排量以外,还有发动机的技术含量,变速箱的匹配情况,整车的技术条件等等因素都会影响车辆的油耗.
举个例子,比如我们考虑2.0排量和2.4排量的两辆车,按照排量单一变量的角度,2.4升的车油耗肯定是更高的.但是,如果考虑2.0升排量的车只是使用了简单的铸铁发动机材质,固定气门正时,缸外多点电喷,2010年左右的爱信6速自动变速箱等技术,而2.4的发动机是全铝铸造,有可变气门正时和升程,缸内直喷,最新的ZF8速自动变速箱且经过良好的匹配调教,而且车身在相同大小的情况下减轻了重量,降低了滚动阻力和空气阻力,这种情况下,排量更大的发动机油耗会不会更低呢?显然,答案基本上是肯定的.
所以也就是说,实际中对于油耗,发动机的排量不是唯一的影响因素,如果其他条件更为出色,排量更大的发动机油耗反而更低,是一件很正常也很常见的事情.不过呢,这个情况只能在一定范围内有效,如果一台4.0甚至6.0升排量的发动机,即使具备了再先进的各种技术,也很难比一台技术相对老旧的1.6发动机更省油,大概是这个意思.