主题:【炮轰自吸党】我来告诉你涡轮增压为什么能省油
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资深泡菜
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近来,涡轮增压不省油这个观点甚嚣尘上。一些一瓶子不满半瓶子咣当的所谓专业人士,也来鼓吹这种涡轮不省油的言论。我们作为相关专业或者说行业内的人,觉得有必要澄清这个事实。

当然我也知道,在这个年代,逆反的,悖于主流的观点才有人看有人捧,好像自己是有独立思考没被※※似的。大家并不关心事实是什么,讲干货的东西甚至不会像无聊口水贴有人看。不过这次我要较一回真,我认为以无忌泡菜们的层次水平,有些还是能讲些道理的。之前在别人“涡轮不省油”的帖子里做过不少反驳,这样感觉比较被动,这一次算是主动出击,从头到尾系统地给各位讲讲“涡轮增压为什么能省油”。

一、涡轮增压省油的原理

(增压)有效利用增大的转矩可以提高车辆的行驶燃油经济性,如下述两种方法。
1,改变车辆的齿轮转速比,使其以发动机燃油消耗良好的低转速行驶。
2,小排量发动机安装增压器,可以取得与大排量发动机(不增压)同等的动力性能,而且由于泵气损失和机械损失比大排量发动机小,可提高燃油经济性。


这句话不是我说的,这句话是摘自日本自动车技术会编纂的《汽车工程手册》之基础理论篇。

1.为什么低传动比能省油
我们以宝马为例,上一代E90 330i用的是258马力的3.0自然吸气发动机,这一代F30 328i用的是245马力的2.0涡轮增压发动机,总体来说两者动力水平相当具有可比性。
以下是两者传动比的对比图(手动挡,都是六个档容易对比)
很明显,在终传比基本相等情况下,各档位下新328比旧330的传动比有平均18%的降低,在考虑到新3系车轮要比老3系大一号,因此在车速相同的情况下,新328的转速较老330有22%左右的降低。

我们知道,转速越低,活塞环与气缸壁摩擦的次数越少,因此摩擦损失会减少。如果不是转速低到让燃烧变得恶劣,同车速下,基本上可以说转速越低,油耗就越低。
老330的最大扭矩为310NM,在转速2600rpm时达到,这对于自吸机已是很不错的水平。新328从1250-4800rpm都能输出350NM的最大扭矩。涡轮机的扭矩明显大且扭矩平台宽,这样即便是降低了传动比,在最大功率偏小的情况下,新328的加速还是要比老330快。(5.7s VS 6.1s,0-60mph,美国官网数据)

总结:涡轮机扭矩大,可以让传动比更小,转速降低了,所以能省油。

2. 为什么小排量化可以省油
这个其实应该算是常识了,小排量发动机当然比大排量发动机省油。那么加上涡轮这个因素之后,情况会有什么变化呢?
按日本人的说法,我们先从泵气损失开始说。发动机的进气过程是,进气门打开,活塞下行,空气被吸进气缸。这个过程类似用吸管喝可乐,是人的肺做功在嘴里形成了真空度,所以可乐被吸进了嘴里。这个过程是消耗能量的,可以当做是进气的泵气功即。而对于涡轮增压机来说,相当于有一只无形的手在帮你捏可乐瓶,你嘴基本不用吸,可乐自己就从吸管进到嘴里了,你省下了力量,就是泵气损失减小了。
有人说在低转速小负荷下,涡轮还没启正压的时候,只是相当于一个呼吸不畅的小排量自吸机,所以并不省油。这种说法是站不住脚的。有个东西叫做进气旁通阀,这个东西的工作原理是节气门开度较小时候,将涡轮短接掉。这个东西有两个作用,第一个作用是在你收油的时候(节气门关小了,而增压的空气被挡在了节气门前面),为了卸掉涡轮和节气门之间的高压(避免损坏节气门),旁通阀接通,把高压空气导回涡轮之前。第二个作用是,在涡轮启压之前,旁通阀接通,让空气绕过涡轮,因而不存在“呼吸不畅”一说。

说完了泵气损失,再说机械损失。机械损失包括活塞与活塞环的摩擦损失,活塞连杆曲轴机构中的摩擦损失,以及驱动配气机构以及附属机构的损失等等。小排量发动机活塞更小,活塞环更小,行程更小,摩擦面积更小,连杆曲轴配气机构等等都会相应缩小,所以整体的机械损失会更小,这个应该比较容易理解。

二、涡轮增压是一种省油的方法
“Turbo is nowadays on practically all combustion engines due to the increased efficiency. I'd say that's not connected to cylinder volume legislation, that's engineering optimization.”
“涡轮增压技术现在在所有的内燃机上面几乎都有应用,这是因为涡轮增压可以提升效率。我觉得这和排量法规并无联系,这是工程优化的结果。”

这是针对涡轮是否省油的问题,汉思腾先生给我的回答,他是奔驰和MAN的退休高管。

我们看到最近这些年的新车,都号称相对于上一代车型有15%-25%的效率提升。从工程的角度,比如说我们想要实现15%的节油,怎么办?搞轻量化车身,节油3%;搞低阻力轮胎,节油2%;优化空气动力学,节油2%;加个自动启停,节油3%。这还差5%咋办?上个涡轮增压吧。其实就是这么个理,对于厂商来说涡轮增压是可选的省油办法之一。前面几个数字是我随口说的,不过涡轮增压能省油5%可是丰田说的。

A 1.4-liter turbo standing in for a 2.0-liter naturally aspirated engine can deliver a 5 percent increase in fuel economy, Ogiso estimated.
我们估计1.4的涡轮增压机要比2.0的NA机提升5%的燃油经济性。

——丰田的首席工程师小木曾聪Satoshi Ogiso

并不是说涡轮增压发动机一定会很省油一定比自然吸气省油,而是说对于厂商来说涡轮增压是一个能省油的技术,是优化效率的方向之一。有的厂商选了这条路,搞全面增压化;而有的厂商没选这条路,从其他一些方面下功夫,也达到了很高的效率。像马自达这种独辟蹊径用阿特金森循环超高压缩比的,我是很佩服的。创驰蓝天技术用夸张的4-2-1排气,轻量化的曲轴连杆,另外还用响应积极且高效变速箱等等,弥补了阿特金斯循环动力不足的先天缺陷,从而比较好的兼顾了动力性和燃油经济性。马自达的做法就是从别的地方把这5%找回来了。

三、举例
由表3-1可知,相似动力表现的涡轮增压机比自然吸气发动机可省油约9%或少一点。只有宝马3系上的2.0涡轮增压发动机相对于其3.0自然吸气发动机在燃油经济性方面有高达30%的提升。

——《美国未来轻型汽车技术发展趋势》

可以看到,燃油经济性提升最低的大众2.5NA对2.0T也有5.5%,要知道这个2.0T无论功率还是扭矩都比那台老掉牙的2.5NA大得多。考虑到年代差,美国佬这么比也不能说不合理。总的来说我觉得还是印证了前面丰田首席工程师涡轮效率提升5%的说法。

这个5%我们可以认为是单单涡轮贡献的(我个人认为是保守数字),而通常来说新车型都会有15%-25%的燃油经济性提升。(前面宝马的例子属于比较夸张的,美标下提升30%,国标下提升58%)我们看看其他厂家怎么说:

本田举例说,新1.5T涡轮增压发动机与经典的1.8NA相比,扭力输出提升45%,燃效提升15%。该款发动机将最先用于替代讴歌ILX的2.0NA发动机,能够在税费进一步降低的情况下性能大幅提升,ILX的竞争力也会大大增强。
我觉得本田这是谦虚了,1.5T的机器有204马力,这动力水平分明是思铂睿2.4的水准啊!如果对照2.4自然吸气引擎计算,实际的燃油经济性提高应远高于15%。

四、从实用角度看涡轮增压省油原理
先教大家看这个图。这个图叫做油耗特性曲线,是表示发动机在各工况下油耗的。横轴是转速,纵轴是扭矩(或者有效压力),上面的等高线是燃油消耗率,单位是克/千瓦时,就是发动机输出1度电的功需要烧掉多少克油。这个数自然是越低越省油。等高线最上面的边界叫外特性线,就是油门踩到底的意思。

我现在想省油,我想知道图里蓝线的这台2.6自然吸气在什么工况下效率最高?
我们看到最低240的这个圈横轴大概对应2000-3000rpm,扭矩在80%-90%,所以说可以认为在发动机转速两三千的时候,油门几乎踩到底,这时候发动机的效率是最高的。
发现问题了么?其实你根本没法这么开车,你要是真在两千转下油门几乎踩到底的话,转速一下子就上去了,马上就会离开这个最高效率工况区。
这是一个完全动态过程,你要看你常用的工况区才有用,这也是为什么我之前反驳用最佳燃油效率工况点比较油耗无意义的原因。

我相信在日常使用中,99%的时间内,油门都没有踩过30%,转速在2500rpm以下。回到这张图,可以看到这张图里,最低油耗工况点确实2.6NA油耗要低一些,但是我们看日常使用最多的工况即油门30%以下,转速2500rpm以下,还是1.8T的燃油消耗率要更低。

从另一个角度,在日常城市行车中,经常走走停停的这种工况下,小排量涡轮机在涡轮没有启动的情况下基本可以认为是一个小排量自吸机,无论是怠速工况还是低速蠕动,显然会比大排量的自吸机要省油的。

欢迎提问。

本帖最后由 airstream 于 2015-6-10 22:50 编辑

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airstream 发表于 2015-6-14 21:48
三代EA888都出来两年了,二代EA888在今天看来已经有些落伍了,比不过最新的地球梦很正常。

不过按照某些人的逻辑,思铂睿只能烧95号油,帕萨特可以烧92号油,省油不省钱啊!说好的涡轮机要烧更高标号的油呢?
不用顺着他的思路啊,抬个320i出来就灭他2.4NA了
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北京小狼 发表于 2018-2-22 09:46
别的不说,两个车自重就差了100多公斤


开始我也这么想的。。。
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dnnb 发表于 2018-2-22 09:57
跟同馬力的大排量比會省點油,跟同排量的自吸發動機比肯定費油……


油耗跟排量挂钩这个概念本身就是不科学的。

因为能量是守恒的,把同样重量(比如1.5吨)的物体加速到同一个速度,所要施加的能量是一样的,不是说用5.6L发动机耗能高,改用1.6L发动机能耗就降低了,没有这回事,这是物理规律决定了的。

那么为何大家总在说大排量车费油呢,实际上是忽略了大排量车的自重、风阻等其他因素。另外就是在完全怠速状态下,大排量发动机的内耗确实是要略高一些。但如果在同一个平台上对比,自重都一样,工作效率都差不多,工况又一致的条件下就是另一番情形了。
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dake53 发表于 2018-2-22 09:46
我也看过38视频 貌似没看他这么说过哈 能给个链接不

基本上看下工信部油耗参考下就可以了  NEDC循环虽然不太科学但是还是有一定参考价值的   
可以对比同款车型1.4T 2.0NA 或者1.8T 2.5NA  类似这样的


http://v_youku_com/v_show/id_XMTI2MjY1MzIxNg==.html?spm=a2h0k.8191407.0.0&from=s1.8-1-1.2&f=25998907
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跟同馬力的大排量比會省點油,跟同排量的自吸發動機比肯定費油……
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北京小狼 发表于 2018-2-22 00:11
在其余条件基本等同的前提下,涡轮引擎只在一个情况下比大排量引擎省油,就是速度为0的怠速状态下,为了确保发动机不熄火的最小喷油量,涡轮引擎就是一个小引擎,确实油耗略低。

其余状况怎么可能省油呢?汽油燃烧转化为汽车动能,涡轮引擎又不会因为气缸体积小就少烧掉一些汽油,这是能量守恒定律决定了的。而在热效率方面涡轮引擎又明显差一些,这是热力学定律决定了的。就好比从一楼上到二楼,本来有10级台阶,有个人说把台阶搞陡点,8级就到了,走8级台阶比走10级台阶省力,你相信吗?

基本同意这个说法,怠速时小排省油,同时应该说涡轮未发挥作用的跟车蠕动时,也就是楼主所说的旁通阀进气状态也比大排省油,所以城市拥堵时小排涡轮会省点儿油。
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北京小狼 发表于 2018-2-22 09:36
38对比过,基本同功率情况下,反倒是自然吸气引擎省点油,当然,这也要看道路交通状况,如果一堵10分钟动不了,车还不能熄火,那就是增压引擎省油了。

但是俺觉得自吸也好,涡轮也好,谈省油纯属都是扯淡,那点差别实在是意义不大,还不如驾驶风格影响大呢,要省油上混动才是王道。

我也看过38视频 貌似没看他这么说过哈 能给个链接不

基本上看下工信部油耗参考下就可以了  NEDC循环虽然不太科学但是还是有一定参考价值的   
可以对比同款车型1.4T 2.0NA 或者1.8T 2.5NA  类似这样的
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AnnYoYo 发表于 2018-2-22 09:27
理论知识不懂,但是2.4的君威换成奥迪s3,最大的感觉就是动力又好又省油。市区拥堵路段开空调两车至少能差3-4个油。不过高速上相差就不大了。


别的不说,两个车自重就差了100多公斤
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dake53 发表于 2018-2-22 09:19
哈哈 我们观点很相似的    
我没说涡轮机就等于小排量哈  汽油机增加功率一般两方法靠增压器或者靠提高转速增加进气

单动车配增压引擎对比同功率自然吸气引擎在一般情况下确实会省油点 还能规避排量税


38对比过,基本同功率情况下,反倒是自然吸气引擎省点油,当然,这也要看道路交通状况,如果一堵10分钟动不了,车还不能熄火,那就是增压引擎省油了。

但是俺觉得自吸也好,涡轮也好,谈省油纯属都是扯淡,那点差别实在是意义不大,还不如驾驶风格影响大呢,要省油上混动才是王道。
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理论知识不懂,但是2.4的君威换成奥迪s3,最大的感觉就是动力又好又省油。市区拥堵路段开空调两车至少能差3-4个油。不过高速上相差就不大了。
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北京小狼 发表于 2018-2-22 00:37
涡轮引擎并不等于小排量,它的动力本质依然是增大排量来实现。比如一个2.0升的增压引擎实际吸入的气体可能接近3升,那么燃烧掉3升空气还会按照烧2升空气喷那么多的油吗?显然不是的。但是跟3升自然吸气发动机相比,2.0增压引擎吸到气缸里的气体温度由于经过压缩,温度更高,因此效率要低于自然吸气3.0引擎。如同一个人一顿要吃一大碗饭,难道换成小碗吃就会少一些吗?

如果这个3升发动机是阿特金森循环发动机,其吸入实际用于做功的气体要低于3升(比如为2升),排气冲程排放气体的温度要低于自然吸气3.0,效率自然是更高的。但是阿特金森循环发动机有个问题就是它是用大气缸实现小排量,发动机出力不足,与电动机搭配混合动力倒是绝佳的搭配。

增压引擎有利方面只有一个,就是规避排量税,其余都是弊。

哈哈 我们观点很相似的    
我没说涡轮机就等于小排量哈  汽油机增加功率一般两方法靠增压器或者靠提高转速增加进气

单动车配增压引擎对比同功率自然吸气引擎在一般情况下确实会省油点 还能规避排量税 本帖最后由 dake53 于 2018-2-22 09:22 编辑

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dake53 发表于 2018-02-21 12:12
按lz的角度出发确实很有道理啊  涡轮机靠泵气和摩擦占了不少便宜

但万物都是有利有弊的  可靠性貌似比自吸机还是差点 结构也是复杂了不...


涡轮引擎并不等于小排量,它的动力本质依然是增大排量来实现。比如一个2.0升的增压引擎实际吸入的气体可能接近3升,那么燃烧掉3升空气还会按照烧2升空气喷那么多的油吗?显然不是的。但是跟3升自然吸气发动机相比,2.0增压引擎吸到气缸里的气体温度由于经过压缩,温度更高,因此效率要低于自然吸气3.0引擎。如同一个人一顿要吃一大碗饭,难道换成小碗吃就会少一些吗?

如果这个3升发动机是阿特金森循环发动机,其吸入实际用于做功的气体要低于3升(比如为2升),排气冲程排放气体的温度要低于自然吸气3.0,效率自然是更高的。但是阿特金森循环发动机有个问题就是它是用大气缸实现小排量,发动机出力不足,与电动机搭配混合动力倒是绝佳的搭配。

增压引擎有利方面只有一个,就是规避排量税,其余都是弊。

本帖由 无忌论坛V3.1.0 iPhone6plus iOS11.2.5 客户端编辑于:2018-02-22 00:46:12
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新版 发表于 2018-02-19 09:11
可不可以这样理解:

涡轮增压是两个方向

一个方向是在一定排量的情况下获得更牛逼的加速性能,省油不省油另说了;

另一个方向是...


在其余条件基本等同的前提下,涡轮引擎只在一个情况下比大排量引擎省油,就是速度为0的怠速状态下,为了确保发动机不熄火的最小喷油量,涡轮引擎就是一个小引擎,确实油耗略低。

其余状况怎么可能省油呢?汽油燃烧转化为汽车动能,涡轮引擎又不会因为气缸体积小就少烧掉一些汽油,这是能量守恒定律决定了的。而在热效率方面涡轮引擎又明显差一些,这是热力学定律决定了的。就好比从一楼上到二楼,本来有10级台阶,有个人说把台阶搞陡点,8级就到了,走8级台阶比走10级台阶省力,你相信吗?

本帖由 无忌论坛V3.1.0 iPhone6plus iOS11.2.5 客户端编辑于:2018-02-22 00:16:26
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我要回唐山2 发表于 2018-2-21 20:13
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嗯嗯。。你这自吸不应该是300万公里都不要修一下吗?要不哪来的说服力。

你厉害
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这么多年过去了,燃油效率最高的那些发动机好像都是自然吸气的吧
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ssawee 发表于 2018-2-21 19:41
恩恩车都不可能出问题
坏都是都是司机的问题
其他自然吸气的其他车型跑个30万公里才修一下发动机

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嗯嗯。。你这自吸不应该是300万公里都不要修一下吗?要不哪来的说服力。
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按lz的角度出发确实很有道理啊  涡轮机靠泵气和摩擦占了不少便宜

但万物都是有利有弊的  可靠性貌似比自吸机还是差点 结构也是复杂了不少

传统内燃机汽车貌似用涡轮机可以省油 配混动貌似涡轮机就不行了
当今热效率最高的民用量产发动机貌似是混动上用的自吸机 阿特金森比奥拓要省油不少啊
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我要回唐山2 发表于 2018-2-21 14:56
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说的就是这些公车司机的人品问题。
几个保养周期只换一次油,开假票私吞;串通维修厂小毛病大修理;故意搞坏高值配件。。。手段多了去了。
这些事,无关车本身可靠性,只要想,啥东西都能给你搞坏,别看这些司机文化程度普遍不高,搞破坏的奇思妙想可是层出不穷。

恩恩车都不可能出问题
坏都是都是司机的问题
其他自然吸气的其他车型跑个30万公里才修一下发动机 本帖最后由 ssawee 于 2018-2-21 19:42 编辑

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ssawee 发表于 2018-2-20 16:00
公车,全市各地所有支门的帕萨特都反应老款的涡轮爱坏不是一个人的人品,

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说的就是这些公车司机的人品问题。
几个保养周期只换一次油,开假票私吞;串通维修厂小毛病大修理;故意搞坏高值配件。。。手段多了去了。
这些事,无关车本身可靠性,只要想,啥东西都能给你搞坏,别看这些司机文化程度普遍不高,搞破坏的奇思妙想可是层出不穷。
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我要回唐山2 发表于 2018-2-20 11:02
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人品问题。。。想故意把东西弄坏很容易。
满世界涡轮车,爱惜不爱惜的都有,只要正常开,也没见谁换涡轮的。

公车,全市各地所有支门的帕萨特都反应老款的涡轮爱坏不是一个人的人品,
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不刀不舒服斯基 发表于 2018-2-20 11:23
在混动面前谈省油都是渣渣

这也得看和什么车比。
和柴油车比120km/h巡航看看,谁省油。
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airstream 发表于 2018-2-20 11:10
说实话我也挺惊讶老帕能开65万公里的,毕竟那一代老机器口碑并不好。
所谓“涡轮爱坏”的印象恐怕也是那时候的车留下的。

65是老君威。老帕跑了55。长途多,最多的时候一个月跑了一万公里,里程很容易就跑出来了。。
这东西正常跑其实没那么爱坏的,就怕故意祸害。有些无良司机为了钱啥都干就不好说。

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加点儿水 发表于 2018-2-19 16:22
油耗是怎么测的?

比发动机油耗应该接同样负载,架上测试,不同负载区间运行一段时间然后算

不然不能排除变速箱效率,省油取向调教的影响


你是问车的油耗还是那些油耗曲线图?
车的油耗当然是让车子跑标准的循环图测出来的,这就已经考虑了变速箱和后面的传动效率了。
那些油耗线就简单了,标定好了的话,每个工况喷了多少油就是已知的了,直接折算一下就好了。
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在混动面前谈省油都是渣渣
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我要回唐山2 发表于 2018-2-20 11:02
========
人品问题。。。想故意把东西弄坏很容易。
满世界涡轮车,爱惜不爱惜的都有,只要正常开,也没见谁换涡轮的。


说实话我也挺惊讶老帕能开65万公里的,毕竟那一代老机器口碑并不好。
所谓“涡轮爱坏”的印象恐怕也是那时候的车留下的。
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寻找坎通纳 发表于 2018-2-20 01:27
博士不好读的,博士论文都要300 页,加油


我们毕业论文一般就一百多页,长点的也就两百页,而且贴很多图,不是困难事。
难的是得搞出点前人没搞过的东西,得有创新有突破。
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ssawee 发表于 2018-2-20 08:12
我们这的帕萨特换第三个涡轮了,第一个涡轮10万公里换的

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人品问题。。。想故意把东西弄坏很容易。
满世界涡轮车,爱惜不爱惜的都有,只要正常开,也没见谁换涡轮的。
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我要回唐山2 发表于 2018-2-19 10:15
=========
这个问题,我可以提供两个样本。我们单位的车,前后俩,一个老帕萨特、一个老领域,都是1.8T的老机子,头一个跑了55万公里,没司机开了,放停车场两年多,报废了,但发动机没问题;后一个还在用,快50万了。。。作为对比,跟老帕同期的一个老君威,跑了65万,车不行了,但发动机也没坏。。。。
俩涡轮车都是定点修理厂保养,每次不到300块,君威贵点,贵在机油量多。。。
从我这几个样本上看,所谓娇贵,所谓保养贵,都是扯淡。
我们这的帕萨特换第三个涡轮了,第一个涡轮10万公里换的
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回复主题: 【炮轰自吸党】我来告诉你涡轮增压为什么能省油
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