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一提發(fā)動機，言必稱功率、扭矩，似乎這些數(shù)據(jù)才能表明一臺發(fā)動機的水準，所以，當奇瑞宣布新推出的1.5T汽油發(fā)動機的“熱效率”達到37.1%，并號稱“中國第一”時，很多人感到新鮮和疑惑：為什么提“熱效率”？這是發(fā)動機的新指標？
▲奇瑞公布的E4T15B發(fā)動機“熱效率”達到37.1%
發(fā)動機熱效率，不是什么新鮮概念，相反，它是比功率、扭矩更基礎的一個概念。雖然這在中國的汽車傳媒圈兒不算熱詞，日本專業(yè)媒體卻是常年掛在嘴邊——“熱效率”，是業(yè)界衡量發(fā)動機技術水平的一個重要數(shù)據(jù)。（什么是熱效率？容下文慢慢細說）
日本汽車界最近關于“熱效率”的熱點話題，是豐田去年底公布了一款全新設計的2.5升自然吸氣汽油發(fā)動機，熱效率達到了驚人的40%。這款發(fā)動機的亮點是使用了“高速燃燒”技術，而熱效率40%，是目前量產(chǎn)汽油發(fā)動機的“全球最高水平”（這款發(fā)動機與混動系統(tǒng)搭配，熱效率還能再高一點，能到41%）。
▲豐田最新的2.5升自然吸氣汽油發(fā)動機最大熱效率達到40%，是目前全球最高水平
日本的豐田和馬自達公司，正在積極研發(fā)“HCCI”（大意為“均質(zhì)壓燃”），這種技術不用火花塞點火，而是用類似柴油機的“壓燃”方式，據(jù)說，“壓燃”方式可以把汽油發(fā)動機的熱效率提高到50%左右。
汽油發(fā)動機熱效率達到50%，不光是日本某個汽車公司的目標，它已經(jīng)上升到日本“國家戰(zhàn)略”層面，是日本汽車廠商與科研人員聯(lián)合起來，“代表日本，與世界展開競爭”的一個目標。
在提高發(fā)動機燃燒效率方面，日本汽車廠商不是單打獨斗，而是選擇了聯(lián)合研發(fā)。由日本豐田、本田、日產(chǎn)、鈴木等八家車企和一家研究所共同成立的“汽車內(nèi)燃機研究協(xié)會（AICE）”，在2014年啟動了提高發(fā)動機燃效和消減尾氣排放的基礎研究，研究經(jīng)費一半來自各個車企，一半來自日本產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟省。
▲日本主要汽車廠商聯(lián)合起來，進行發(fā)動機基礎技術的研究
這項基礎研究中，更有日本東京大學、早稻田大學等一流大學的參與，所以，這是一項日本“產(chǎn)、學、官”結(jié)合的國家層面的戰(zhàn)略性創(chuàng)新行動。
事實上，“革新性燃燒技術”是日本政府推動的國家戰(zhàn)略項目中的一個部分，這個項目正是與上述AICE合作進行。通過這一項目，把日本汽車廠商和大學的研究人員集結(jié)在一起，向熱效率50%這一世界性難題發(fā)起挑戰(zhàn)。
日本人為什么特別重視發(fā)動機的熱效率？熱效率到底能代表什么？
內(nèi)燃發(fā)動機的工作原理，是把燃油燃燒產(chǎn)生的熱量，轉(zhuǎn)化為機械能。燃油在氣缸內(nèi)爆燃，推動活塞上下運動，活塞再通過連桿，帶動曲軸轉(zhuǎn)動起來，汽車的動力正是來源于此。燃油燃燒產(chǎn)生的熱能，真正能轉(zhuǎn)化成機械能的目前只有百分之三十幾，大部分都被排放或消耗掉了。
轉(zhuǎn)化成的機械能，與燃油燃燒產(chǎn)生的能量之間的比例，就是所謂發(fā)動機的熱效率。用發(fā)動機驅(qū)動的汽車，完全是“因熱而動，因熱而停”（剎車是把機械能轉(zhuǎn)化成熱能），熱效率，正是衡量發(fā)動機效率最基礎的一個數(shù)據(jù)，其它的諸如功率、扭矩，都是建立在這一數(shù)據(jù)基礎之上。這好比數(shù)學是基礎學科，數(shù)學水平不行，物理、化學、軟件、統(tǒng)計等等學科注定會落后。
日本把發(fā)動機的熱效率放到這么高的位置上去研究，道理正是如此。
再接開頭的話題，奇瑞汽車宣布新款的1.5T發(fā)動機，熱效率達到了37.1%，這是一個什么水平呢？
從全球范圍看，目前各汽車廠商的主力發(fā)動機，除了豐田新的2.5升自吸發(fā)動機和本田新的1.5T（L15B7，熱效率38%）個別尖子生，熱效率多在33%到37%這一區(qū)間。豐田目前大規(guī)模裝車的1.2T和2.0T發(fā)動機，是2014年開始推出的“高熱效率發(fā)動機群”中的兩款，熱效率在36%左右；同期推出的1.3升和1.5升自然吸氣發(fā)動機，熱效率達到了38%（渦輪機的熱效率低一些，是因為要避免增壓時發(fā)生爆震，設定了比較低的壓縮比）。
▲豐田目前的主力渦輪增壓汽油發(fā)動機，熱效率在36%左右
對了，大眾的目前的主力發(fā)動機1.4T（EA211），熱效率是37%；據(jù)報道，大眾研發(fā)的新1.5T發(fā)動機熱效率可以達到37.5%，將來可能會替代1.4T成為新的主力發(fā)動機。
這樣看來，奇瑞新款1.5T發(fā)動機（E4T15B）的熱效率達到37.1%，確實是個相當不錯的成績，這也是目前中國品牌中已經(jīng)量產(chǎn)的熱效率最高的發(fā)動機。
奇瑞的這款發(fā)動機是怎么提高熱效率的？
先來看看發(fā)動機工作時，“熱”是怎么丟掉的。
首先，汽油在氣缸內(nèi)是不能完全燃燒的，燃燒不充分，就說明有一部分汽油的能量并沒有轉(zhuǎn)化成熱能。
汽油在氣缸內(nèi)燃燒后，只有一小部分熱能轉(zhuǎn)化成發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)動的機械能，大部分都浪費掉了。最直觀的浪費，是排氣時通過尾氣管排走了；同時，發(fā)動機都有散熱系統(tǒng)，隨時通過冷卻液的循環(huán)，把熱量帶到散熱器中讓風吹走。這兩部分熱量的損失你心疼也沒辦法，只要發(fā)動機正常工作，就要眼睜睜地看著寶貴的熱量消失在風中。
氣缸內(nèi)運動部件之間的摩擦，也會消耗一部分能量，比如活塞與氣缸壁之間會高速摩擦，機械能又轉(zhuǎn)化成熱能流失了。
還有就是發(fā)動機進、排氣過程中造成的能量損失，所謂“泵氣損失”。
▲汽油燃燒之后產(chǎn)生的熱能，會從各種途徑損失掉，只有小部分轉(zhuǎn)化成有效動力
提高發(fā)動機的熱效率，主要努力方向，一是控制“燃燒”，讓汽油盡可能地充分燃燒；二是降低機械摩擦；三是改善進氣和排氣。
從奇瑞目前披露的資料看，這款E4T15B發(fā)動機并沒有采用“超高壓縮比”、“稀薄燃燒”等前沿技術，甚至沒有引入時下流行的“缸內(nèi)直噴”，它達到高燃效的途徑，更多地是對現(xiàn)在主流技術的優(yōu)化。
一是對渦輪部分的優(yōu)化。這款發(fā)動機的渦輪是與全球渦輪主要供應商霍尼韋爾共同開發(fā)的，亮點是采用了低摩擦的軸承和低慣量的渦輪等，目的是為了讓渦輪響應速度更快，壓縮氣體的效率更高。
渦輪增壓，對于熱效率提升的主要貢獻是減少“泵氣損失”——渦輪增壓，就是把利用排氣的能量，把新鮮空氣壓縮后向氣缸里輸送，在發(fā)動機“進氣”方面可以幫忙。
▲奇瑞新的1.5T發(fā)動機的渦輪部分，是與霍尼韋爾共同開發(fā)的
還有就是采用了與進氣歧管集成在一起的水冷式中冷器，這套中冷器是與全球汽車零部件主要供應商法雷奧合作開發(fā)的。渦輪增壓必備中冷器，因為空氣一壓縮就會升溫，高溫空氣進入氣缸會惡化燃燒效果。水冷式就比風冷式散熱效率高，中冷器跟進氣歧管集成，可以縮短進氣管路——總之，“水冷”加“短進氣管路”，在降低“泵氣損失”和改善燃燒方面有效果。
發(fā)動機的ECU是與汽車電子巨頭博世合作開發(fā)的。ECU相當于發(fā)動機的大腦，它收集各種傳感器的信號，并控制著發(fā)動機的進氣、噴油、點火、排氣等，ECU是不是足夠“聰明”，直接決定著發(fā)動機的工作效率。
從奇瑞披露的這些資料中，我們大致可以看出：奇瑞在發(fā)動機方面的路數(shù)，就是與供應商合作開發(fā)，渦輪、中冷、ECU之類的重要技術，都來自于幾個全球主要的零部件供應商。
日本汽車廠商在提高發(fā)動機燃效方面，用的是“連橫”策略；奇瑞聯(lián)合各零部件廠商開發(fā)新的發(fā)動機，用的則是“合縱”的辦法。奇瑞的這種做法，似乎是目前中國品牌造出先進發(fā)動機一個不錯的思路。很多汽車先進技術都掌握在零部件供應商手中，這些供應商在各自的領域內(nèi)深耕多年，有著很深的造詣。與優(yōu)秀的供應商合作開發(fā)，可以把一些先進的技術“整合”到一起，也算是一種捷徑吧。
一些全球重要零部件供應商在某些跨國汽車巨頭的操縱之下，曾對中國品牌汽車搞過“技術封鎖”（某知名渦輪增壓器供應商就在某巨頭授意之下，曾拒絕向某中國汽車公司提供渦輪增壓器）。時過境遷，中國品牌汽車迅速成長，在行業(yè)中的話語權不斷提升，這些全球零部件巨頭現(xiàn)在非常樂意跟中國汽車公司做生意，也愿意把新技術帶來，與中國汽車公司分享。
日本汽車廠商的“連橫”，意在搞發(fā)動機燃燒方面的基礎研究，一旦有所突破，會帶來熱效率方面的一個大提升。這種“團結(jié)”精神實在讓人羨慕，但貌似也不好模仿（倒不完全是能不能“團結(jié)”的問題，以我們目前在發(fā)動機方面的技術積累和相關的基礎科研水平，要自力更生追趕世界一流尚需時日）。我們能期待的，就是中國的汽車廠商，通過“合縱”的辦法，跟世界一流的零部件供應商合作，引入新的技術和研究成果，早日造出世界一流的發(fā)動機。
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