內燃機如何提升熱效率（讓高效內燃機的性能繼續飛躍的鑰匙）

2023-10-26 21:31:35

儘管江湖中一直流傳著關於V6的澎湃，V8的優雅以及V12的高貴等令人心馳神往的傳說，但目前真正橫掃市場的主流動力卻是那些務實的小排量增壓發動機。

究竟是誰把那些V型排列的明星動力們悄悄推到了角落，又將小排量們請到了舞臺的中央呢？你一定會說是越加嚴苛的排放和油耗法規。答案當然沒錯，但另一方面，科技同樣也是這場角色轉變的推手。不斷進步的科技讓小排量們的性能有了飛躍的提升，甚至有足夠資本去和那些身價高昂的高級別動力一較高下。

現在的小排量發動機到底能有多強悍？如果和歷史較量，15年前東風日產首次引入天籟時，這款旗艦轎車曾搭載了一臺2.3L V6發動機，可以提供127kW的最大功率以及221 N·m的最大扭矩，但以現在標準來看，這款隸屬於大名鼎鼎VQ系列的自吸動力早已完敗於當下的小排量。

目前本田思域所搭載的1.5T發動機就已經能提供130 kW的最大功率以及220 N·m的最大扭矩了，而在謳歌CDX那裡，這臺1.5T發動機還有著更勁爆的調校。即便放到現在，小排量增壓發動機一樣也不吃虧，例如雪佛蘭邁銳寶XL的1.3T發動機最大功率是121 kW，最大扭矩為240 N·m，動力方面同樣蓋過了日產新天籟的2.0 L車型。

當然，對發動機的評判標準並不只有動力，NVH表現怎樣？燃油經濟性口碑如何？排放是否符合國六b？用戶們都會在購車前逐一打聽清楚，而有了技術護體之後，小排量們在這些環節上依然能夠遊刃有餘，應付自如。例如上汽通用目前主打的第八代Ecotec發動機系列，無論是1.0T，還是1.3T，排放上都能夠滿足嚴格的國六b標準，而在燃油經濟性方面，搭載1.3T動力的車型也要比上一代1.5T車型有了8.6%提升。小排量們完美光環的背後，除了有「單缸最優排量」的先天優勢助力之外，各種先進的技術更是性能突飛猛進的關鍵。

小排量發動機越普及，技術含量也就隨之越高，可變慣量渦輪、缸內噴射、可變氣門正時……，這些技術已被廣泛應用，生澀的技術名詞甚至已經開始被更多的普通用戶所了解。相比之下，「熱效率」這三個字雖然不特指某項技術，但背後卻有一大票技術在為它「忙活」。所謂熱效率是指有效利用熱能與燃料燃燒熱能的比值，通俗些說，熱效率越高，也代表著發動機越省油。

眾所周知，發動機需要依靠燃油做功，但在這個熱能轉換成機械能的過程中，燃油不可能100%完全燃燒，而且曲軸做功時還存在著進排氣損耗及機械阻力等能量損耗，最終僅有一部分熱能轉化為了機械能。世界上第一臺蒸汽機的熱效率不到1%，瓦特改良蒸汽機後熱效率提升至3%，從而引發了第一次工業革命，可見熱效率的巨大作用，所以提升熱效率也是提升發動機效率的關鍵。

目前，大部分汽油發動機的熱效率是25%-35%，但一些優秀小排量發動機在技術的加持下可以輕鬆突破這一限值範圍，比如自主品牌奇瑞旗下代號為SQRE4T15B的1.5T發動機，熱效率達到了37.1%，目前搭載於瑞虎8、艾瑞澤5等車型上。大眾最新的EA211系列1.5T發動機，熱效率能夠達到37.5%，將應用於未來的第八代高爾夫。而上汽通用目前廣泛應用的第八代Ecotec 1.0T發動機，熱效率更是達到了38%，在同等排量中「秒殺同儕」。

提高熱效率的基本途徑主要有三個：一是讓燃油儘可能地完全燃燒，也就是提高從化學能轉變成熱量的比率。二是讓熱量儘可能多地轉化為動能，也就是提高有效功熱量佔總熱量的比率。三是對廢氣和氣缸溫度進行熱量優化管理，讓一部分散失的熱量為提高有效功做出貢獻，而上汽通用的第八代Ecotec 1.0T所達到的38%熱效率，同樣也是一系列技術合力的結果。

首先，為了能讓燃油燃燒更充分，第八代Ecotec發動機在國內率先使用35Mpa的高壓缸內直噴系統。35MPa的噴油壓力可以使燃油粒子的直徑達到8微米的水平，燃油霧化效果更好，燃燒也更充分，最終實現油耗、排放和性能表現的同時提升。第八代Ecotec發動機所應用的進排氣可變正時氣門技術同樣也是改善燃燒的關鍵。通過調節凸輪軸相對曲軸的相位，使發動機在不同工況下始終能夠工作在高效區間，從而保證良好的燃油經濟性。

其次，為了讓能量儘可能多的轉化為動能，第八代Ecotec 1.0T/1.3T發動機機還採用了超低摩擦設計，其中全新開發的減摩塗層技術、可變排量技術、滾動減摩技術、智能油溫管理技術、節能機油、輕量化設計、高效傳動技術等手段大顯身手，讓摩擦損失比上一代發動機改善了10~15%。

在熱量優化管理方面，第八代Ecotec發動機採用了全球首創的ATM主動熱管理系統，可以對廢氣和氣缸溫度進行熱量優化管理，實現快速暖機，機油加熱，停機冷卻的功能。全可變排量機油泵負責實現的是機油按需供給以及最優潤滑，而全鋁缸蓋集成排氣歧管和電動放氣閥渦輪增壓器則將發動機扭矩動態響應提升至2.5秒。第八代Ecotec1.0T發動機還首次搭載了EGR高壓水冷廢氣再循環系統，通過提高進氣溫度，來進一步降低油耗。

最後，要讓電子水泵、ATM主動熱管理系統、35Mpa高壓直噴技術、全可變排量機油泵、電動放氣閥渦輪增壓器、集成式水冷中冷及高壓EGR等複雜的功能一起協同工作，不出絲毫差錯，智能電控技術也是不能忽視的因素。智能電控技術就像是一位高明的司令員，有條不紊的指揮著各個部分的精密運作，全面提升發動機效率的同時，也帶來了更佳的燃油經濟性。

國六b標準的實施，雙積分的要求，2020年將要實現的5L/百公裡第四階段機動車燃油消耗限值，這些都對車企的研發能力提出了挑戰。總的來說，不管政策法規的走勢如何、新能源車市場的未來幾何，先進節能技術的推廣應用已經成為了發展趨勢，內燃機也一定是要朝著高效化、小排量化、智能化方向不斷前進的。而以上汽通用第八代Ecotec發動機為代表的優質小排量動力們，正是迎合趨勢而來，因此也一定會在市場的舞臺之上有更出色的表現，並越來越受到消費者的認可。