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为什么引擎热效率会成为车厂众矢之的?

2017-6-13 14:26| 发布者: xiepengfei| 查看: 70| 评论: 0

摘要: 发动机技术一直是汽车厂商技术竞争的主战场,很多厂家为了研发出更加先进的发动机不惜投入数以亿计的资金。当不少国内消费者以购买搭载了国外汽车厂商最新款涡轮增压发动机的车型为荣时,包括海马汽车、奇瑞汽车以及 ...

发动机技术一直是汽车厂商技术竞争的主战场,很多厂家为了研发出更加先进的发动机不惜投入数以亿计的资金。当不少国内消费者以购买搭载了国外汽车厂商最新款涡轮增压发动机的车型为荣时,包括海马汽车、奇瑞汽车以及广汽传祺在内的中国车企纷纷表示正在研发热效率接近40%的发动机。

不知道大家还记不记得?

2017年年初,丰田对于公布了自己最新的动力总成研发成果,其中令人印象最深的莫过于一台全新的2.5L直列四缸发动机,其最大热效率达到了让人震惊的41%,这再次刷新了丰田此前在第四代普锐斯上使用的燃效40%的2ZR-FXE发动机,再次站上了世界量产车热效率最高峰。

△传闻新款凯美瑞即将搭载这款41%热效率发动机

41%的热效率很牛逼吗?

当然很牛逼!要知道,目前大部分汽车发动机的热效率都在28%~33%之间,41%的发动机热效率已经是领跑全球的数值了。但除此之外,若还想要了解更深层次的原因的话,可能你先得了解“发动机热效率”这个概念。发动机热效率是什么?有什么用?

要是很系统的去解释热效率(发动机有效功率的热当量与单位时间所消耗燃料的含热量之比)这个概念,可能会有些枯燥。如果通俗简单点说,就是消耗了多少燃料和输出了多少动力的关系。对于车主而言,亦可以理解为:这个比值越高则发动机越有劲、同时油耗和排放更低。

△发动机热量构成图

你知道吗?对于内燃机而言,能量损耗是不可避免的

上文也提到:目前全世界所有汽油车的发动机热效率都没有可以达到50%的,这也说明:就算你的车加满一箱油,其实真正被“消耗”到车轮上的还不足一半,其中很大部分都被各类能量损耗给用去了。

举例:燃料完全燃烧产生的热量的一部分会被发动机冷却系带走,叫做冷却损失;一部分以排气方式排到大气中去了,叫做排气损失,约占总能量的40%左右...

所以对于汽油发动机来说,其工作目标就是要在做功行程中尽量加大燃料内能转换为动能的效率,也就是我说的热效率。热效率的提高对与发动机降低油耗和排放具有相当积极作用。而油耗也是目前各大厂商比较头疼的问题。大家都知道,目前全球各国的排放法规都日趋严格。以汽车大国美国为例,奥巴马在2011年与各大汽车厂商达成协议,到2025年,每家汽车制造商所销售汽车的平均燃油经济性(CAFE)必须达到54.5mpg(相当于4.31L/100km),相较此前标准基本是“翻倍”。为此,各大车企也是伤透脑筋,无力应对。

而我国也在16年末发布了俗称的轻型车“国六”标准(2020年开始实施),由现行的“国五”标准升级而来,可以说也是目前全球目前最严格的排放标准之一。

而发动机热效率是直接影响油耗和排放数据的,就以使用一台33%热效率发动机的汽车来说,改用40%热效率发动机后,整车的燃油经济性可以降低15%~20%。以一年行驶15000公里来计算,使用热效率40%的发动机,一年平均能省200升汽油,大约能节省1260元油费。

综上所述,提高热效率意义重大,但是我们也要知道,这不是一件易事。

目前提升汽油发动机的热效率主要从四个方面着手,一是提高压缩比,二是采用直喷技术,三是提高废气再循环率(EGR),四是使用阿特金森(米勒)循环。

△废气再循环率(EGR)工作模式

上文中提到的丰田就是通过提高废气再循环率(EGR)的极限值来实现热效率提高:减小缸径、加长行程、优化进气口造型、提高滚流比(活塞运动方向的涡流强度与轴向涡流强度之比)是丰田制胜的秘密。

△马自达创驰蓝天发动机

此外,其它一些车企也很清晰地依照这个路线来执行自己的热效率提升计划。

例如马自达最初的创驰蓝天技术就采用了阿特金森(米勒)循环,在原有的奥托循环上推迟了进气门关闭的时间,使膨胀比高于压缩比,在同样的压缩行程下,膨胀行程的增加可以获得更多的有效功。

而在最新的创驰蓝天技术中,品牌创造性地在汽油发动机中模仿利用了柴油发动机特有的压燃点火方式,在原来基础上再次提升了压缩比,获得了更好的发动机热效率。

那自主品牌们怎么出招?

随着国内新能源车补贴逐年下滑,现在看来,即便到2020年,传统发动机仍会是市场的主流。自主品牌挖掘传统发动机在节能减排上的潜力,收效可能要比新能源车来得更显著。

海马汽车就曾表示:正着手于热效率40%发动机的研发,要在2020年前实现企业平均油耗百公里5升,2025年前实现企业平均油耗降低至百公里4升...

△奇瑞声称E4T15B发动机热效率可达37.1%

此外,奇瑞汽车也曾发布一款代号为E4T15B的发动机,官方宣称其热效率高达37.1%。而广汽也正在自主研发其第三代发动机技术。据说,相比于前两代,第三代发动机以高效率、高扭矩为目标,热效率可达38%,并能满足国六B的标准。

可见,各大车企对于发动机热效率的追逐,除了本身想要实现技术升级之外,更深层次的原因在于使自己产品可以满足日渐严厉的环保要求。就算发动机热效率是块难啃的骨头,但是在能够兼顾动力、油耗和法规标准的情况下,何乐而不为呢?




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