5 全负荷性能
小型化涡轮增压发动机的优势之一是能够获得较大的低速扭矩，这有助于改善车辆的燃油经济性，因为在与传统发动机相同功率条件下变速箱可以置于较高档位，使发动机运行在较低转速工况下。此外，采用手动变速箱，在发动机和车辆的低速工况时可以获得充足的扭矩。可以通过减少换档频率，而且避免了发动机转速不必要的增长。因此，驾驶员可以获得理想的动力性能和较好的燃油经济性，关键在于确保充足的低速扭矩，各家公司采用了各种方法降低最大扭矩对应的发动机转速。
通常，为了提高增压压力，需要增加进入涡轮的排气能量（即增加排气流量和排气温度）。但是，发动机在低速时较少的气量很难满足高增压压力的需求。可行的应对措施是改变气门正时，将进气门打开角度提前，使关闭正时设置到接近气缸下止点（BDC），防止进气回流（也就是完全不采用阿特金森循环），确保足够的进气流量。然而，因为气门工作角度不变，这会导致在气缸上止点（TDC）附近有较大的进排气重叠角。以直列4缸发动机为例，相邻气缸的排气倒流增加了这个气缸中的残余废气。最后，进入气缸内的空气量不会增加。此外，高温残余废气增加，压缩行程缸内温度升高导致敲缸现象（图9）。图9中，ηvb定义为修正到环境温度和压力条件下的充填效率。该值对应于节流阀全开无增压的充填效率。
图9 气门正时和残余废气的关系
为避免此种现象，丰田汽车公司在8ＡＲ－ＦＴＳ发动机上采用了双涡道涡轮增压器，减少了进排气门重叠期间相邻气缸的排气倒流。然而，因成本和空间限制，当前的8ＮＲ－ＦＴＳ发动机采用单涡道涡轮增压器。通过减小排气凸轮作用持续角（240°CA变为210°CA），从而减小进排气重叠角度和回流脉冲。结果显示，排气持续角减小时，残余废气量减少，进气量增加。
发动机燃油对机油的稀释可能导致低速早燃（LSPI）。为减小燃油稀释量，采用多点喷射策略（Multiple injection），示意图如图10所示，在各个进气和压缩行程进行3次喷油（图11），进气行程内2次、压缩行程内1次。对喷油正时进行了调整，避免了燃油与进气门和气缸内壁接触和附壁。这项措施有效地消除了早燃，将其发生的频率降低到对活塞和活塞环无损坏的程度。
图10多点喷射示意图
图11壁面LSPI的喷射策略（示意图）
注1：实际多次喷射策略很复杂，需要考虑很多因素，包括但不局限于物理硬件的局限，喷油嘴最少喷射量的多少，燃油压力是多少，喷射开始时间和终了时间，每回喷射的比例多少比较合适，对性能的影响，对燃烧稳定性的影响，对PM、PN的影响等等。丰田TNGA发动机使用双喷射系统，还可以由进气管喷射替代某一回的喷射，高压直喷支持4回喷射，一个循环中，共有5次喷射可供设计。在不同工况、不同要求下喷射策略都不一样，配合着可变燃压系统，实际策略相当复杂，甚至诞生很多新的策略，比如喷油嘴局部升程控制等。由于选择性太多，我们在标定和设计策略时也曾为最优解愁。这块也是国内主机厂无能为力的地方，即使国内主机厂买了博世的高燃喷油系统、由于控制系统是基于联电德尔福的方案，你无法设计出新的策略，最终效果就大打折扣。后面会提到一些。
注2：低速早燃（LSPI， Low Speed Pre-Ignition）原理介绍。引起低速早燃最重要的原因就是积碳，对于直喷发动机来说，引起积碳的原因就是喷油器把油喷射到气缸壁面，顺着活塞与活塞环堆积起来，在下次压缩时自发燃烧，形成早燃。积碳形成示意图如图12所示，对气缸内燃烧压力如图13所示。
图12 积碳形成原理图
图13 LSPI 发生时气缸内燃烧压力图
另外，在高速工况下，提高增压压力并不一定能提高发动机性能。较大排气背压和大量的残余废气易导致敲缸现象，从而使点火正时延迟，排气温度升高。这里存在一个矛盾的地方，一方面希望进气量大从而做工更多，要求提高增压压力；另一方面由于燃烧剧烈早燃爆震的问题不得不延迟点火，这样会导致热效率下降，性能下降，难以协调。因此，基于涡轮进口燃气的温度限制，需减少燃油喷射量来降低排气温度。与传统催化器相比，将催化剂载体的孔间壁厚减小1/3，以降低背压。此外，催化剂载体的强度提升，形成了六边形催化器。这些措施确保了催化器的工作性能。
采取的其他措施包括集成排气歧管的缸盖、排气冷却、降低背压、减少残余废气，以及扩大过量空气系数（λ）＝1燃烧区域等。集成排气歧管的气缸结构紧凑，确保了每个气道的均匀冷却，并消除了回流的影响。冷却主要集中在弧形的排气歧管，提高了排气冷却效率。同样设计了较长的单独排气道，最大程度地提高涡轮增压器效率。集成排气歧管的冷却设计得以优化，降低了发动机在高负荷工况的废气高温。另一方面，发动机低速时排气温度相对较低，排气和冷却液之间的温差变小，冷却液流量减少。
图14为全负荷特性。在转速为1500rpm时 就达到了低速最大扭矩185Ｎ·ｍ，抑制发动机最大功率 85ｋＷ 时， λ ＝0．89。
注：一般来说，当系统判断油门全开时，会强制让空燃比在过浓状态，一般λ 设计为0.85到0.9之间，这个时候油会多喷10%到15%且不参与做工，主要起着降低燃烧温度和提高燃烧速度作用。小排量涡轮发动机由于受到先天的排量劣势，在急加速的时候很容易进入性能空燃比状态，会油部分燃料不参与燃烧，油耗会增多。但是在法规工况下，中低负荷较多，小排量在低速低负荷下由于排量优势，油耗表现突出，这也就是目前世界范围内流行小排量涡轮增压发动机的原因，毕竟工信部油耗还是很重要的。
图14 全负荷性能图