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  一提发动机,言必称功率、扭矩,似乎这些数据才能表明一台发动机的水准,所以,当奇瑞宣布新推出的1.5T汽油发动机的“热效率”达到37.1%,并号称“中国第一”时,很多人感到新鲜和疑惑:为什么提“热效率”?这是发动机的新指标?

  ▲奇瑞公布的E4T15B发动机“热效率”达到37.1%

  发动机热效率,不是什么新鲜概念,相反,它是比功率、扭矩更基础的一个概念。虽然这在中国的汽车传媒圈儿不算热词,日本专业媒体却是常年挂在嘴边——“热效率”,是业界衡量发动机技术水平的一个重要数据。(什么是热效率?容下文慢慢细说)

  日本汽车界最近关于“热效率”的热点话题,是丰田去年底公布了一款全新设计的2.5升自然吸气汽油发动机,热效率达到了惊人的40%。这款发动机的亮点是使用了“高速燃烧”技术,而热效率40%,是目前量产汽油发动机的“全球最高水平”(这款发动机与混动系统搭配,热效率还能再高一点,能到41%)。

  ▲丰田最新的2.5升自然吸气汽油发动机最大热效率达到40%,是目前全球最高水平

  日本的丰田和马自达公司,正在积极研发“HCCI”(大意为“均质压燃”),这种技术不用火花塞点火,而是用类似柴油机的“压燃”方式,据说,“压燃”方式可以把汽油发动机的热效率提高到50%左右。

  汽油发动机热效率达到50%,不光是日本某个汽车公司的目标,它已经上升到日本“国家战略”层面,是日本汽车厂商与科研人员联合起来,“代表日本,与世界展开竞争”的一个目标。

  在提高发动机燃烧效率方面,日本汽车厂商不是单打独斗,而是选择了联合研发。由日本丰田、本田、日产、铃木等八家车企和一家研究所共同成立的“汽车内燃机研究协会(AICE)”,在2014年启动了提高发动机燃效和消减尾气排放的基础研究,研究经费一半来自各个车企,一半来自日本产业经济省。

  ▲日本主要汽车厂商联合起来,进行发动机基础技术的研究

  这项基础研究中,更有日本东京大学、早稻田大学等一流大学的参与,所以,这是一项日本“产、学、官”结合的国家层面的战略性创新行动。

  事实上,“革新性燃烧技术”是日本政府推动的国家战略项目中的一个部分,这个项目正是与上述AICE合作进行。通过这一项目,把日本汽车厂商和大学的研究人员集结在一起,向热效率50%这一世界性难题发起挑战。

  日本人为什么特别重视发动机的热效率?热效率到底能代表什么?

  内燃发动机的工作原理,是把燃油燃烧产生的热量,转化为机械能。燃油在气缸内爆燃,推动活塞上下运动,活塞再通过连杆,带动曲轴转动起来,汽车的动力正是来源于此。燃油燃烧产生的热能,真正能转化成机械能的目前只有百分之三十几,大部分都被排放或消耗掉了。

  转化成的机械能,与燃油燃烧产生的能量之间的比例,就是所谓发动机的热效率。用发动机驱动的汽车,完全是“因热而动,因热而停”(刹车是把机械能转化成热能),热效率,正是衡量发动机效率最基础的一个数据,其它的诸如功率、扭矩,都是建立在这一数据基础之上。这好比数学是基础学科,数学水平不行,物理、化学、软件、统计等等学科注定会落后。

  日本把发动机的热效率放到这么高的位置上去研究,道理正是如此。

  再接开头的话题,奇瑞汽车宣布新款的1.5T发动机,热效率达到了37.1%,这是一个什么水平呢?

  从全球范围看,目前各汽车厂商的主力发动机,除了丰田新的2.5升自吸发动机和本田新的1.5T(L15B7,热效率38%)个别尖子生,热效率多在33%到37%这一区间。丰田目前大规模装车的1.2T和2.0T发动机,是2014年开始推出的“高热效率发动机群”中的两款,热效率在36%左右;同期推出的1.3升和1.5升自然吸气发动机,热效率达到了38%(涡轮机的热效率低一些,是因为要避免增压时发生爆震,设定了比较低的压缩比)。

  ▲丰田目前的主力涡轮增压汽油发动机,热效率在36%左右

  对了,大众的目前的主力发动机1.4T(EA211),热效率是37%;据报道,大众研发的新1.5T发动机热效率可以达到37.5%,将来可能会替代1.4T成为新的主力发动机。

  这样看来,奇瑞新款1.5T发动机(E4T15B)的热效率达到37.1%,确实是个相当不错的成绩,这也是目前中国品牌中已经量产的热效率最高的发动机。

  奇瑞的这款发动机是怎么提高热效率的?

  先来看看发动机工作时,“热”是怎么丢掉的。

  首先,汽油在气缸内是不能完全燃烧的,燃烧不充分,就说明有一部分汽油的能量并没有转化成热能。

  汽油在气缸内燃烧后,只有一小部分热能转化成发动机曲轴转动的机械能,大部分都浪费掉了。最直观的浪费,是排气时通过尾气管排走了;同时,发动机都有散热系统,随时通过冷却液的循环,把热量带到散热器中让风吹走。这两部分热量的损失你心疼也没办法,只要发动机正常工作,就要眼睁睁地看着宝贵的热量消失在风中。

  气缸内运动部件之间的摩擦,也会消耗一部分能量,比如活塞与气缸壁之间会高速摩擦,机械能又转化成热能流失了。

  还有就是发动机进、排气过程中造成的能量损失,所谓“泵气损失”。

  ▲汽油燃烧之后产生的热能,会从各种途径损失掉,只有小部分转化成有效动力

  提高发动机的热效率,主要努力方向,一是控制“燃烧”,让汽油尽可能地充分燃烧;二是降低机械摩擦;三是改善进气和排气。

  从奇瑞目前披露的资料看,这款E4T15B发动机并没有采用“超高压缩比”、“稀薄燃烧”等前沿技术,甚至没有引入时下流行的“缸内直喷”,它达到高燃效的途径,更多地是对现在主流技术的优化。

  一是对涡轮部分的优化。这款发动机的涡轮是与全球涡轮主要供应商霍尼韦尔共同开发的,亮点是采用了低摩擦的轴承和低惯量的涡轮等,目的是为了让涡轮响应速度更快,压缩气体的效率更高。

  涡轮增压,对于热效率提升的主要贡献是减少“泵气损失”——涡轮增压,就是把利用排气的能量,把新鲜空气压缩后向气缸里输送,在发动机“进气”方面可以帮忙。

  ▲奇瑞新的1.5T发动机的涡轮部分,是与霍尼韦尔共同开发的

  还有就是采用了与进气歧管集成在一起的水冷式中冷器,这套中冷器是与全球汽车零部件主要供应商法雷奥合作开发的。涡轮增压必备中冷器,因为空气一压缩就会升温,高温空气进入气缸会恶化燃烧效果。水冷式就比风冷式散热效率高,中冷器跟进气歧管集成,可以缩短进气管路——总之,“水冷”加“短进气管路”,在降低“泵气损失”和改善燃烧方面有效果。

  发动机的ECU是与汽车电子巨头博世合作开发的。ECU相当于发动机的大脑,它收集各种传感器的信号,并控制着发动机的进气、喷油、点火、排气等,ECU是不是足够“聪明”,直接决定着发动机的工作效率。

  从奇瑞披露的这些资料中,我们大致可以看出:奇瑞在发动机方面的路数,就是与供应商合作开发,涡轮、中冷、ECU之类的重要技术,都来自于几个全球主要的零部件供应商。

  日本汽车厂商在提高发动机燃效方面,用的是“连横”策略;奇瑞联合各零部件厂商开发新的发动机,用的则是“合纵”的办法。奇瑞的这种做法,似乎是目前中国品牌造出先进发动机一个不错的思路。很多汽车先进技术都掌握在零部件供应商手中,这些供应商在各自的领域内深耕多年,有着很深的造诣。与优秀的供应商合作开发,可以把一些先进的技术“整合”到一起,也算是一种捷径吧。

  一些全球重要零部件供应商在某些跨国汽车巨头的操纵之下,曾对中国品牌汽车搞过“技术封锁”(某知名涡轮增压器供应商就在某巨头授意之下,曾拒绝向某中国汽车公司提供涡轮增压器)。时过境迁,中国品牌汽车迅速成长,在行业中的话语权不断提升,这些全球零部件巨头现在非常乐意跟中国汽车公司做生意,也愿意把新技术带来,与中国汽车公司分享。

  日本汽车厂商的“连横”,意在搞发动机燃烧方面的基础研究,一旦有所突破,会带来热效率方面的一个大提升。这种“团结”精神实在让人羡慕,但貌似也不好模仿(倒不完全是能不能“团结”的问题,以我们目前在发动机方面的技术积累和相关的基础科研水平,要自力更生追赶世界一流尚需时日)。我们能期待的,就是中国的汽车厂商,通过“合纵”的办法,跟世界一流的零部件供应商合作,引入新的技术和研究成果,早日造出世界一流的发动机。

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