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周磊

战战战兢兢,即生时不忘地狱;坦坦荡荡,虽逆境亦畅天怀。

 
 
 

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中国汽车行业知名专家、资深汽车行业评论员,知名汽车行业自媒体人,博派汽车自媒体联盟(AutoBot)发起人。

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面对新能源冲击,传统燃油发动机热效率还有多大潜力?  

2017-12-28 14:15:56|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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近年来,新能源汽车正逐步受到重视,而反观传统燃油汽车则因排放法规和禁售令等原因,处境愈发艰难。想要让内燃机汽车存活更长时间,降低能耗无疑最有效的办法,而提升发动机热效率,又是节油最直接的方式,那么传统内燃机热效率,还能有多大提升空间呢?

面对新能源冲击,传统燃油发动机热效率还有多大潜力? - 周磊 - 周磊

内燃机热效率现状

众所周知,燃料燃烧所释放的能量,并不能完全为我们所用,它会被废气、冷却水带走,会在摩擦和泵气中消耗,最后用于做功的只有很小一部分,而发动机热效率简单来说就是这一小部分能量与燃料所具有能量的比值。

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就目前来看,大型船只采用的燃气轮机热效率可以超过45%,而普通汽车搭载的发动机,热效率则仅为35%左右,其中柴油机热效率又比汽油机高30%左右。目前市面上量产的汽油机中,热效率最高的为丰田普锐斯所搭载的1.8L阿特金森循环发动机,热效率超过40%;同时,马自达创驰蓝天发动机,也能够达到这一水平,可见日系车企在提升发动机热效率方面颇有心得。

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其实,早在2015年,日系车企就制订了有关发动机热效率提升的计划。计划表明,在2020年时,日系车企发动机热效率将在15年的水平上再提升30%,达到50%的高度,从40%和50%之间的距离,从数字上看并不大,但对于内燃机热效率来说,却是一道难以逾越的鸿沟。对比一家车企前后两代发动机你会发现,新版发动机热效率只不过提升了1%-1.5%,日系究竟要如何实现他们的目标呢?

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提升热效率的技术

提升发动机热效率的技术,每个车企都有研究,大众有TSI、福特有EcoBoost、丰田有阿特金森循环+废气EGR技术。

以40%热效率的丰田普锐斯为例,它的EGR率为28%,远高于以前的21%,能够将废气最大限度的利用起来,同时为了保证EGR的正常运行,丰田还增大了发动机的轮流比和点火能量,进而在一些细微之处改变了发动机内部的结构,技术的难度可想而知。此外,该发动机还通过提升加工精度、用电控替代传统机械液压来减少了摩擦损失。据丰田官方透露,如果将这套技术辅以涡轮增压,那么其热效率能够达到43%以上,但迫于成本、寿命等原因,未能成行。

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可以说丰田已经榨干了这套系统的潜力,但与50%的目标仍有一段距离。这时候马自达又提出一项技术——HCCI,均质充量压缩点燃,通俗来讲就是均匀的可燃混合气在气缸内通过压缩的方式点燃做功。

这一技术的特点在于拥有超高的压缩比、燃烧时间短且排放较低。使用缸内直喷和18:1的超高压缩比,让可燃混合气高度混合、压缩,并通过压燃的方式使充量燃烧,让燃烧几乎同时发生,使得燃烧更加充分、均匀,马自达号称这一技术能够达到50%的热效率,并表示会将其搭载于第二代创驰蓝天发动机上与大家见面。

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达到50%后,热效率还能否有所提升呢?答案是肯定的。

RCCI,燃油反应活性控制压燃技术,在HCCI的基础上采用分层燃烧的方式,在汽缸中形成不同的燃烧层,使每个燃烧层拥有合理的配比,提升了均质燃烧的可控性,并减少爆震几率、提升热效率。据美国威斯康星大学的论文介绍,该技术支持下,柴油发动机的指示热效率能够达到60%,汽油机热效率也高达53%。

传统燃油发动机的前景

尽管新能源势头正猛,但不可否认的是,传统燃油发动机在近些年依然会是市场主流,依然具有发展潜力,达到60%有效热效率仍是国际内燃机界奋斗的目标。

除了上述燃烧技术能够很大程度提升热机热效率外,电控技术的发展、汽车电脑运算量的提升,在很大程度上也推动了内燃机热效率发展的进程,像可变增压技术、可变气门正时和升程技术、可变压缩比等技术,无不让内燃机工作更高效;同时,加工工艺的进步,让摩擦损失、泵气损失逐渐减小,余热回收等技术的研发,更是可以将部分损失的能量回收起来,供我们使用。可以说,虽然内燃机很大一部分技术还存在于实验室内,受成本等因素的限制无法量产,但内燃机仍有旺盛的生命力。

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此外,混动技术的发展给内燃机提供了另一个展示自我的平台,与电机共同工作的发动机,能够尽可能多的保持在最佳工况、完美燃烧,提升效率;还有,诸如丰田无曲轴发动机等创新发动机的出现,也为内燃机注入了新鲜血液。

总之,新能源虽渐行渐近,传统燃油发动机依然大有可为!

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