为何说热效率39.06%的发动机和绿巨人一样有战斗力？
尽管在无数车友心中V6、V8、V12发动机带来的梦幻时代已经渐行渐远 ， 但这并不意味着汽油内燃机的江湖进入死水微澜的沉闷与保守 。
相反的 ， 缔造传奇的接力棒已经传递到小排量涡轮增压的发动机的手里 ， 在众多黑科技的加持下 ， 它们开启了汽车内燃机的全新征程 ， 这其中最新的例子便是一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方” 。
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日前 ， 根据国内权威机构CATARC发布的首批认证通告显示 ， 奔腾T77PRO1.5T采用的中国一汽4GB系列高性能发动机 ， 其热效率达到39.06% ， 是目前涡轮增压发动机的最高热效率 ， 获得卡达克“能效之星”001号认证证书 ， 这也是行业内首个获得这一认证的产品 。
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▍39.06%的热效率意味着什么？
这些年随着小排量发动机的日益普及 ， 诸如缸内喷射、缸盖集成排气歧管技术……那些曾经生涩的技术名词已经被越来越多的车友理解和挂在嘴边 。 相比之下 ， “热效率”这个概念对不少人来说就有些陌生 。
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其实 ， 热效率就是发动机实际转化为驱动力的能量 ， 也就是机械能和在这个过程中消耗掉的燃料的当量热量总和的比值 。 热效率越高 ， 在单位燃料燃烧后 ， 就可以产生更大的驱动力 。
那么 ， 一汽奔腾T77PRO的39.06%的热效率 ， 目前在业界是一个什么样的水平呢？
为了方便说明问题 ， 我列了张表 ， 把目前能够查到的国内主流的小排量涡轮增压发动机的热效率做了一个排名 。
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透过表格我们可以看到 ， 在1.5T发动机阵营中 ， 一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”力的热效率最高 ， 不仅是中国品牌发动机中的翘楚 ， 更全面超越大众全新一代的EA211系列发动机 。
显然 ， 首个“能效之星认证”证书诞生 ， 不仅仅是一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”性能和品质的突破 ， 更是中国品牌发动机技术迈出的一大步 。 更进一步讲 ， 39.06%的热效率 ， 是中国人追求内燃机效率极限的一次伟大且成功的尝试 ， 带给国人对高性能发动机的全新理解 。
▍热效率到底是不是玄学？
如果你还是觉得热效率的概念不太好理解 ， 那么接下来我们就拿漫威超级英雄绿巨人浩克来举例说明 。
假设绿巨人浩克变身前的班纳博士和我们普通人一样 ， 都是一天吃三个汉堡 ， 而一旦变身成绿巨人浩克 ， 班纳博士跟绿巨人浩克的差别就体现出来了 。 同样的热量 ， 绿巨人浩克能够暴揍钢铁侠 ， 随手扔汽车 ， 跟灭霸掰手腕 ， 而班纳博士只能跟钢铁侠托尼一起算算数学题 ， 讨论讨论方程式 。
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班纳博士之所以是个普通人 ， 绿巨人浩克之所以是超级英雄 ， 差别的根源就在热效率的高低上 。 其实 ， 这样的情况在生活里也很常见 ， 同样的一日三餐 ， 饭量也差不多 ， 每天微信运动走的步数也基本一样 ， 但绿巨人浩克就是“喝凉水也长肉” ， 班纳博士却“狂吃不胖” ， 很明显 ， 绿巨人浩克对食物热量的利用率要高不少 。
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发动机的高热效率 ， 其实就是这么个道理 。
不过 ， 就是这样一个简单的道理 ， 要实现起来却是非常的困难——就像喝凉水都长肉的绿巨人减肥一样的困难 。
上世纪六十年代 ， 发动机的热效率在20%左右 ， 直到2000年在电喷技术的帮助下才突破30%的热效率 ， 四十年只提升了10%左右 ， 即便是在今天 ， 绝大多数的汽油发动机的平均热效率水平也就是在28%到33%左右 。 没错 ， 就是那些从来都没提到过自己热效率是多少的发动机 ， 足见提高内燃机热效率有多难 。
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那么为什么汽车发动机发展了近百年 ， 热效率始终在一个学渣的水平上徘徊 ， 提高发动机热效率有这么难吗？
确实很难！一方面受限于燃料的燃烧效率 ， 在发动机的气缸中 ， 燃料燃烧后所放出的总热量 ， 只有25%-40%转化为有效功 ， 其他部分都以不同的方式散失于外界 。 这些散失到外界的能量主要是因为排气损失、冷却损失、机械损失、泵气损失而被损耗掉了 。
另一方面 ， 受热机理论限制 ， 根据“卡诺循环”η=1-T2（低温物体）/T1（高温物体） ， 所以要提高热效率 ， 从公式上看 ， 是尽可能降低低温和提高高温 ， 但在发动机上要想做到这一点很难 ， 也因此发动机热效率每提高1%都非常困难 。
▍“智擎魔方”又是怎么做到的？
既然提升热效率这么困难 ， 一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”又是怎么做到39.06%的最高有效热效率的呢？
一般来说 ， 提高热效率的基本途径主要有三个：一是提高发动机的压缩比 ， 给燃油创造一个尽可能地完全燃烧的物理环境；二是提升燃油的燃烧效率 ， 让燃油尽可能多地转化为动能；三是对废气和气缸温度进行热量优化管理 。
为了方便理解 ， 我们继续用绿巨人浩克的例子来说明 。 在漫威官方的介绍中 ， 浩克的能力设定有很多 ， 但有这么三个能力我觉得很有意思 。
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绿巨人浩克第一个有意思的能力是 ， 越愤怒越强大 。 比如在斯塔克大厦 ， 来自阿斯加德的无知小王子洛基彻底激怒了绿巨人浩克 ， 浩克愤怒地拎起洛基的后脚跟儿足足摔了十几个来回 。
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绿巨人浩克的愤怒 ， 就像是高压缩比的发动机 ， 发动机压缩比越高 ， 汽油燃烧也就越充分 ， 但是想要发动机吃最少的“饭” ， 干最多的“活” ， 就要给它施加压力 ， 在合理范围内获得高压缩比 。
压缩比越大 ， 压缩终了时气缸内的气体压力和温度就会越高 。 由此带来的就是进入燃烧室内的可燃气燃烧效率更高 ， 经济性更好 ， 同时发动机的爆发力也更好 。
目前业界平均的压缩比大概在10以内 ， 而一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”的压缩比提升到了11.5 ， 这是国内1.5L排量动力中的最高水平 。
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【为何说热效率39.06%的发动机和绿巨人一样有战斗力？】一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”亮点之一就是其采用米勒循环 ， 米勒循环巧妙的为发动机定义了一个膨胀比的改变 ， 通过膨胀比 ， 在部分工况下实现了部分提升“压缩比”能够起到的作用 。
一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”通过提前关闭进气门的方式 ， 实现了膨胀比大于压缩比 ， 使得发动机的做功行程大于压缩行程 ， 减小了在部分负荷下的泵气损失 ， 由此达到改善发动机热效率 ， 降低燃油消耗的目的 。
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这几大黑科技加持 ， 就使得一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”提高热效率的第一个目标 ， 让有限的燃油产生更大的热量这事 ， 达成了 。
绿巨人浩克第二个有意思的能力是精准的能量分配能力 。 虽然漫威系列电影中 ， 关于绿巨人浩克能量精准分配刻画的镜头不多 ， 但在官方设定中 ， 绿巨人浩克可是有着堪比钢铁侠的能量分配能力 ， 这有点类似于发动机的有效功热量占比 ， 占比越高 ， 发动机的热效率也就越高 。
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想要提升有效功热量占比 ， 热效率的提升不光要在压缩比上做文章 ， 更要在燃油的燃烧充分性上花心思 ， 这就跟绿巨人浩克能量精准分配是一个道理 。
值得注意的是 ， 一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”在实现了11.5压缩比的同时 ， 这台发动机还依旧可以使用92号汽油 。 这个细节 ， 很有意思 。
这事 ， 我们从活塞的形状以及高压直喷系统讲起 ， 一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”采用了马蹄形的活塞头形状 ， 同时气缸盖采用了Masking技术的高滚流比缸盖 ， 二者形成的燃烧室形状 ， 让气体在燃烧室内部的流动性明显增强 。 在压缩终了的时候 ， 当空气从进气道进入到燃烧室内部时 ， 会在马蹄形的活塞头上 ， 自然的产生一个环形的涡流 ， 实现与雾化燃油颗粒的快速混合 。
再搭配上博世350bar高压直喷系统 ， 在这个时候将雾化的燃油以三次分别喷入燃烧室内 ， 在涡流的作用下 ， 快速的与空气混合 ， 并且按照距离火花塞距离的远近 ， 形成了可燃气体的分层 。
进一步细化来看 ， 博世的这套350Bar高压直喷系统 ， 也是当前量产车中最高的喷油压力 。 整套系统集成了最新一代的小脉宽控制模块 ， 实现喷油器在高压力低脉宽的情况下的精准喷射 ， 使油滴纳米级雾化 ， 燃烧更充分 ， 颗粒物排放仅为目前法规标准的1/10 。 这样一来 ， 使之具备了使用92号汽油的能力 ， 在提供大动力的同时 ， 也降低了用户的使用成本 。
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绿巨人浩克第三个有意思的能力是化腐朽为神奇的能力 。 绿巨人浩克可以吸收宇宙中的外部射线 ， 变废为宝 ， 除了愤怒 ， 这其实也是浩克第二个力量来源 。 而想要提升发动机的热效率 ， 势必要做到超级智能的热量管理 ， 深度利用那些散发出去的热量了 。
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一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”在温控管理上 ， 通过智能热管理、缸盖集成排气歧管技术、两级可变流量机油泵、电控活塞冷却喷油嘴技术四大黑科技的应用 ， 全方位让它成为一款“超级智能”的发动机 。
比如作为国内首款应用智能热管理模块技术的自主量产发动机 ， 一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方的智能热管理模块技术 ， 其响应速度要比传统的节温器提高50倍 ， 发动机的暖机时间比传统的二代机缩短50%以上 。
之所以单拎出绿巨人浩克的这三条能力 ， 就是因为这跟一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”提升热效率的手段很像 。 绿巨人浩克比班纳强大是很多因素合力造成的 ， 而一汽奔腾第三代发动机“智擎魔方”所达到的39.06%热效率 ， 同样也是一系列技术合力的结果 。
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所以可以看到 ， 在高热效率的作用下 ， 奔腾T77PRO的1.5T发动机的账面数据也达到了最大输出功率124千瓦 ， 最大扭矩258牛米 ， 最大扭矩对应的转速区间为1300rpm到4350rpm ， 在最大扭矩爆发的转速点上 ， 要比所有的竞争对手都来得更低 ， 动力响应的也更快 。
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犹记得在《雷神3》里 ， 班纳博士在神域阿斯加德的战斗中 ， 海拉放出了她凶猛的坐骑 ， 班纳对女武神说：“想知道我是谁吗？”说完 ， 便化身绿巨人浩克 ， 拯救了神域的人民 。
现在 ， 在发动机技术领域长足进步的中国品牌,似乎也可以像班纳博士那样自信的跟跨国巨头说——想知道我是谁吗？
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