現在不管是燃油車還是混動車,只要不講究性能,基本上言必稱自己的熱效率有多高。
過去的物理書上說汽車的熱效率一般都在30%左右,柴油機有可能達到40%以上。但是這兩年在網上看,混動車沒有個40%多的熱效率都不好意思出來和人打招呼,最離譜的發動機熱效率能到50%以上,這些到底是不是真的?如今熱效率怎么就突然高起來了?
匯總了一下目前廠商們公開出來的資料,發現有些熱效率是真的高,有些是文字游戲,有些干脆就和普通老百姓沒關系。
先說現在馬路上能看見的,熱效率最高的——濰柴
現在濰柴的天然氣發動機熱效率能到54.16%,柴油機熱效率能到53.09%,基本上算是所有路上跑的汽車里邊,發動機熱效率天花板了。
能達到這個熱效率的,基本都是12升排量以上的直六發動機,一個缸就是一個2.0T,用這種發動機的,基本都是半掛。聽起來,普通人關系不大,但實際上空氣里邊大部分污染物都是大貨車和大客車排放的。
2023年全國機動車污染物排放總量為1924.6萬噸,其中柴油車(主要是貨車)的氮氧化物和顆粒物排放量分別占汽車排放量的87.8%和99%以上。熱效率高一點的話,至少顆粒物排放能減少很多,小汽車熱效率高充其量省點油,半掛的熱效率上去了,是真能把霧霾吹走。
50%多的熱效率,到底是不是吹牛的?
其實還真不是,柴油機的熱效率本身就高,40%以上的熱效率并不少見,現在國外的康明斯,斯堪尼亞,沃爾沃卡車都有50%以上熱效率的機器。
因為柴油機不是靠點火,而是靠壓燃,汽油機才是靠火花塞點燃的,火花是從火花塞一點點往外擴散的,所以就會存在火苗還沒燒到邊緣位置,就已經排氣排出去了。柴油機沒有這個問題,所以天生燃燒得就更徹底。
在這個基礎上,發動機的噴油壓力高也能幫著省油,長安的藍鯨和大眾的EA888發動機發展到現在也才剛實現500Bar高壓噴油,濰柴的發動機用的是博世的高壓共軌噴油,最高是2500Bar壓力。噴油壓力更高,柴油霧化的就更徹底,柴油顆粒越小,和空氣接觸的就越充分,燒的自然更充分。天然氣發動機就不用說了,本身就是氣體,和空氣混合的自然更充分。
半掛車的熱效率高,能讓天上少點霧霾,那平時老百姓自己開的車,熱效率能到什么水平?
大眾——低調但大派
先說說大眾,大眾的EA888表面上看起來熱效率一般,也就38%,和現在國產車動不動40多的熱效率沒法比,但是大眾第五代EA888裝在途昂上能做到百公里八個油,比有些混動車還要低,要知道最新一代的發動機是272馬力的高功機,能做到這個水平相當可以了。
那憑什么大眾的發動機熱效率這么低,但是油耗也能這么低呢?是國產廠商的數據作假嗎?還是說大家都在玩文字游戲?
很多國產車的熱效率確實是真的,但是它們不會說一件事——那個高得離譜的熱效率只能在特定的環境下出現,比如特定的轉速,特定的扭矩輸出以及特定的溫度下。溫度高了或者低了,再或者把車開到高原上去,熱效率分分鐘掉下來。
大眾這個EA888不一樣,雖然最高的熱效率只有30%多,但是它能保持在大多數環境下都是這個熱效率。雖然很多發動機都在用米勒循環,但實際情況是適宜轉速下用米勒循環,轉速拉高之后就恢復到奧托循環。
而大眾這個不一樣,任何環境下它都是米勒循環狀態,哪怕高速上深踩油門,發動機狀態不會有太多的波動。
在這個基礎上,配合500Bar高壓噴油,緊耦合顆粒捕捉器,優化過的潤滑系統等等技術,這才能做到現在一個看起來不錯的油耗。
再說本田,它的熱效率之所以高,主要就是缸內直噴,高壓噴油,阿特金森循環,還有更高的壓縮比之類,這些和主流的國產車差不多。熱效率能做到40.6%,也和現在國內主流的混動發動機也接近。
本田——JDM遺風
但是本田的發動機有個不一樣的地方,保持熱效率夠高,同時還保持了響應靈敏,拉轉速拉的快的特點,畢竟本田在JDM時期也是一大巨頭。
這就得益于本田的VTEC技術,現在本田在1.5T的L15B發動機上用的是雙VTC技術,起到的作用類似,都是可變氣門正時和可變氣門升程??勺儦忾T正時可以控制新鮮空氣進入的時間,可變氣門升程可以控制新鮮空氣進入的速度。如果突然深踩油門,轉速基本上可以做到無延遲拉高。
除了本田之外,豐田算是國產混動爆發式增長之前,市面常見的車里熱效率最高的之一了。
豐田——不變應萬變
豐田的發動機熱效率高其實多多少少是沾了混動變速箱的光,它的本體結構和純燃油車區別不算大。最主要的就是調節氣門正時,使用阿特金森循環,減少泵氣損失;使用低溫EGR循環,讓廢氣里邊沒燒干凈的汽油重新燃燒等等。
最重要的,其實就是豐田的THS混動系統,發動機的轉速能時時刻刻保持在高效區間,不用太過于考慮低扭和全速域的熱效率問題,只要專心做好某個轉速下的熱效率就行。目前豐田的混動車基本都能做到熱效率41%以上,凱美瑞能做到百公里4個油,漢蘭達也能做到7個以內。
吉利——玩火玩到極限
放在過去,豐田的發動機熱效率算是獨步天下,但是這兩年國產車在熱效率上已經開始摳小數點后兩位了,目前國產主流的品牌里,官方熱效率能查到最高的是吉利星艦7上那臺1.5L自吸發動機,熱效率能到46.5%。之前比亞迪秦L上市的時候,吉利和比亞迪還隔空pk了一下各自的發動機熱效率,能看出來,吉利最近對熱效率這事很上心。
那具體是怎么上心的?
首先就是燃燒優化,空氣流進氣缸里的時候是以滾流的形式,而不是渦流,這兩種區別看圖就能看出來,滾流的話可以把氣體集中在中間那一小塊區域,這樣火花塞點火的時候也能盡可能一次性把汽油燒干凈。
為了實現滾流,進氣道用的是鴨嘴形進氣,活塞頂部也做了導氣槽,再加上16:1的壓縮比和阿特金森循環機構,基本上這個發動機的油耗就不會高。
而且吉利在這套發動機上沒有用渦輪增壓,就是簡單的自然吸氣,功率只有112馬力,再配上P1+P3混動,馬力不大,始終都運轉在最佳轉速區間,那油耗比不可能高。據說這套混動能做到虧電百公里2.9L的油耗。
其他的主流國產品牌,基本上用到的技術也都大同小異,比如廣汽的矩浪動力,東風的馬赫動力,比亞迪的驍云動力,奇瑞的鯤鵬動力,長城的蜂巢動力等等,都是在混動系統的基礎上,把某一個轉速區間的熱效率做到家。
馬自達:不走尋常路
和上邊這些品牌相比,馬自達突出一個不走尋常路。
除了豐田和本田這種混動大戶之外,馬自達的創馳藍天發動機其實也有點東西,Skyactiv-G壓縮比能到14:1,用的是自然吸氣動力,這么高的壓縮比還能使92號汽油,那它是怎么防止爆震的?
其中一個方法就是在排氣管上下功夫。
1-3氣缸的排氣管先匯成一股,再與2-4氣缸的排氣管匯成的另一股相匯,最后匯成一股。這樣能保證廢氣匯合到一起的時候都已經經過冷卻,不會因為溫度太高被頂回氣缸里,從而防止爆震的發生。
另外,結合電控雙可變氣門正時技術(Daul S-VT),及以下的多項改進:
? 采用滾輪從動件(節氣門摩擦力減少50%以上)
? 采用電控可變油壓小型油泵(燃油泵送損失減少約45%)
? 連桿主軸頸曲軸小型化(直徑減少6%,寬度減少8%)? 活塞&活塞銷輕量化(減少20%)
? 減少活塞環張力(減少37%))
? 連桿輕量化(減少15%)使Skyactiv-G發動機整體減重10%,降低機械阻力損耗30%,中低轉速扭矩提升了15%,油耗降低了15%,二氧化碳排放降低了15%,且只需要喂食92/93號汽油。
上邊這些技術,比如高壓噴油,優化摩擦損耗等等這些技術國產發動機都有。那有沒有什么國產發動機沒有的,那就是超稀薄燃燒,超稀薄燃燒的意思就是空氣特別多,噴油相對特別少??諝鈮蚨?,汽油燃燒就充分,這一點不難理解。
如果吸入的空氣太多的話容易產生氮氧化物,但是如果吸入的空氣超過需要的空氣一倍以上,氮氧化物排放反而會減少,因為這時候吸入的空氣多,燃燒溫度更低,不容易產生污染物。
但是空氣太多了又有一個問題,一般的火花塞點火點不著。這時候就需要靠高壓把汽油壓燃。因為汽油不是柴油,想壓燃需要很高的壓力,一般的活塞壓力根本不夠。這時候就需要用虛擬活塞,也就是先點燃一部分汽油,把剩下沒燒起來的汽油擠壓到一個很小的空間里,這時候剩余的汽油再被壓燃,這就能燒的更徹底。
目前馬自達的壓燃發動機能做到43%熱效率,實驗室能做到60%。落實到實際上,馬自達3壓燃版能降低百公里0.6升油,但是指導價能到18萬多,其實多少是有點撿了芝麻丟西瓜。
類似的,瑪莎拉蒂的海神發動機也有這類技術。因為法拉利不再供應瑪莎拉蒂發動機,瑪莎拉蒂需要自己開發新的發動機。作為性能車,需要大馬力,但是歐規排放標準又是一次比一次嚴,馬上開發一臺新的V8不現實。想要在3.0T發動機里壓榨出六百多馬力,其實是有點難為人。
瑪莎拉蒂是怎么做的?它把燃燒室分成兩部分,火花塞周圍是一個比較狹小的空間,這里邊先把一部分汽油點燃,等到這部分汽油噴到氣缸里的時候已經變成一個大火球了,用大火球點燃氣缸里邊的汽油,這樣就比單獨用火花塞點燃汽油燒得更徹底。目前瑪莎拉蒂能用3.0升的動力做出630馬力,升功率能做到210馬力每升,這在量產車里已經是相當夸張的了。
馬自達是為了馬力不變的情況下油耗更低,而瑪莎拉蒂則是油耗不漲,馬力加倍,雖然追求不一樣,但是技術上有點異曲同工的意思。
活塞內燃發動機的熱效率發展到現在這一步已經算是米上雕花了,有人說活塞發動機發展了一百多年才把熱效率提到這么高,現在隨便一個渦扇發動機熱效率都得40%以上,東方電氣的G50燃氣輪機甚至能到55%,為什么不把這種發動機放到汽車上?
其實不是沒有,美國的M1坦克和俄羅斯的T80用的都是燃氣輪機,當初克萊斯勒也出過Turbine轎跑,用的是燃氣輪機,結構和航空發動機類似,都是渦輪噴氣式結構。好處就是運轉平穩,進氣/壓縮/點火/排氣是同時連續進行的,不存在抖動和頓挫問題。
但是有個問題,這種發動機想要熱效率高,那噴出來的氣體必須溫度夠高,因為這種噴氣式發動機是靠高溫高壓氣體推動葉片轉動的,如果溫度低下來那就推不動了。
這種高溫噴氣可不是汽車尾氣能比得了的,溫度高,噴氣量巨大,散熱問題首先就不好解決,另外燃氣輪機裝在車上可不是單純靠噴氣把車推走的,它也是用轉動的葉輪帶動齒輪,然后驅動車輛前行的,高速情況下還好,低速情況下車速慢,葉片轉動也很慢,這時候熱效率其實是很低的。所以噴氣式發動機裝車其實不是太現實。
發動機里邊,想要把熱效率提高,但是又能保證運轉穩定性的,其實還有一種結構——斯特林發動機。和汽車發動機不一樣的是:斯特林發動機是在氣缸外邊燒,燃燒不受轉速,扭矩這些東西的影響,始終都保持平穩充分燃燒。
它的核心原理是先加熱一部分空氣,推動活塞運動,然后把熱空氣冷卻,用機械結構重新把空氣鼓進氣缸里,這么里外循環,發動機自然就轉起來了。
因為是用火在外邊燒,你用什么燃料都可以,只要熱量用來加熱氣缸內的空氣,沒有白白散發到空氣里,熱效率就可以做到非常高。
目前最大的斯特林發動機是711所研制的船用斯特林發動機,最大能做到320千瓦,和汽車上的V8發動機差不多水平。
目前斯特林發動機的熱效率主要取決于加熱的溫度夠不夠高,以及散熱那一端的溫度夠不夠低。不考慮實際情況,僅限于實驗室的話,斯特林發動機的熱效率能做到60%以上,正常的斯特林發動機,比如711所的船用發動機,在實際情況下也能做到40%多。
有人說車船用的這些內燃機,外燃機都是落后技術,電動的才是未來,哪怕是火電廠的鍋爐,也能有90%多的熱效率,比任何發動機都要高得多。
能說出這個話的,其實都是外行了。
現在熱電廠所謂的90%熱效率,實際上是煤燃燒之后,有90%的熱量都拿來加熱水了,剩下的10%沒燒干凈,或者變成廢氣從煙囪排出去了。
這90%的熱量傳遞到水蒸氣里之后,還要帶動輪機組,這個過程中也會有散熱,也會有機械損失,最后輪機組發電,變壓,最終傳遞到家家戶戶之后,基本上熱效率也就是45%到50%的水平。
如果火電廠和熱力公司結合一下,發電之后的廢熱拿來供暖的話,那熱效率有可能高一點,但是也不太可能到90%,因為被浪費的能量有一部分是機械損耗和電力損耗,這部分是廢熱利用也用不了的部分。
早在幾年前,網上總有人說活塞式發動機到現在已經過時了,是個老舊的東西了,甚至有人覺得它早就該淘汰了。但是發現沒有?在各種發動機里邊,汽車用的活塞發動機發展到今天,其實熱效率已經很高了,相比于其它各種形式的發動機,熱效率不拖后腿,同時還能做到使用方便,啟動和停機也比噴氣式發動機之流要方便得多,即使到今天,活塞發動機也還遠遠稱不上過時。
最后問評論區一句,你們在買車的時候,會關注發動機的熱效率嗎?
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.