汽車系統(tǒng)中發(fā)動機熱效率是什么
(文章來源:智電汽車)
相信很多人買車,一般都會考慮其發(fā)動機動力水平,看峰值扭矩,看最大功率,看百公里加速,而近年來在廠家的宣傳中,關(guān)于發(fā)動機的介紹有多了一個新指標——熱效率。什么叫發(fā)動機熱效率?我們都知道,發(fā)動機是將燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)?u>機械能的機器,在轉(zhuǎn)換的過程中不可能完全轉(zhuǎn)換成機械能,其中會有損耗。而剩下的這些有效的熱能與單位時間的燃料燃燒產(chǎn)生的熱能的比值,就稱之為“熱效率”。
而隨著汽車排放相關(guān)法律法規(guī)逐漸加嚴,既要降低排量,又要穩(wěn)住動力,因此很多廠商都在發(fā)動機熱效率方做加法,更高的發(fā)動機熱效率既可以保證動力不消減,同時也可使其燃油能更加充分利用,從而油耗降低,且還可降低有害氣體的排出。
說到發(fā)動機熱效率,豐田自然是跑不掉。在最新一代凱美瑞雙擎上搭載的那臺2.5L Dynamic Force Engine混合動力發(fā)動機,壓縮比達到了媲美F1的14:1,更是實現(xiàn)了高達41%的發(fā)動機熱效率,也成為目前量產(chǎn)車型中搭載的最高熱效率發(fā)動機。長期以來,豐田的表現(xiàn)在日本本土地區(qū)就非常強勢,在全球也非常強勢。豐田所使用THS混動技術(shù)由于專利保護,其余廠家在研發(fā)時很難將其繞過,而同為日企的本田,通過不斷研發(fā),最終來發(fā)出媲美THS的i-MMD混動系統(tǒng)。
而在發(fā)動機領(lǐng)域,本田也被國人稱之為“技術(shù)宅男”。地球夢發(fā)動機,甚至旗下的車型在民間有俗話“買發(fā)動機送的一輛車”,可以說是真香了。而在熱效率方面,本田在2018年推出的雅閣混合動力2.0L發(fā)動機上,實現(xiàn)了40.6%的最高熱效率,但是與凱美瑞的41%還有部分差距。本田自然是不甘心一直被豐田騎在頭上,風頭不能都讓豐田占盡,否則身為發(fā)動機“技術(shù)宅男”的本田面子何在?
對于汽油發(fā)動機而言,目前全球汽油發(fā)動機的熱效率平均值在38%左右,之后再每提升1%,對工程師來說都是一個巨大的挑戰(zhàn),也都能看作是“劃時代”的創(chuàng)舉。豐田把發(fā)動機熱效率做到了41%,對于傳統(tǒng)技術(shù)下的汽油發(fā)動機,基本就是極限了。能夠再次突破壁壘,達到前所未有的47%熱效率,與本田F1技術(shù)的平民化離不開關(guān)系。本田計劃采用F1賽車中廣泛采用的預燃室技術(shù)來實現(xiàn)超稀薄混合氣燃燒,將發(fā)動機的熱效率提升到47.2%,并且預計將在2020年實現(xiàn)商用。
這又得講一下超稀薄混合氣。在大部分情況下,發(fā)動機的空燃比會在13-15之間徘徊,相比于傳統(tǒng)發(fā)動機接近理論空燃比的混合氣,超稀薄混合氣的空燃比可能會超過30,在這種情況下,發(fā)動機的缸內(nèi)點火溫度和燃燒溫度會降低,減少發(fā)動機的熱損失,自然提高了熱效率。
但是問題又來了。當發(fā)動機采用超稀薄燃燒的時候,混合氣體將會難以點燃并且難以穩(wěn)定地燃燒,這對于汽車而言十分不利。要不怎么說本田是技術(shù)宅男呢?它鼓搗出了上文所說的預燃燒室,在工作狀態(tài)下,預燃室內(nèi)的混合氣先被點燃,火焰從小孔中射入氣缸,使得氣缸內(nèi)的超稀薄混合氣快速燃燒。采用預燃室技術(shù),本田能夠?qū)崿F(xiàn)空燃比接近40的超稀薄混合氣穩(wěn)定燃燒,從而熱效率大幅提高。
簡單的說,火花塞里面蹦出的火花不足以點燃超稀薄混合氣體,本田就用從預燃燒室的明火引燃。當然,可能有人會疑問,多一個燃燒室是不是油耗要升高了?其實不然,預燃室的體積很小,對于整體的整體油耗幾乎沒有影響。
豐田從38%提升到41%是一次技術(shù)發(fā)動機技術(shù)的大升級,而本田直接提升到47%,可以說是人類在普通發(fā)動機技術(shù)的又一次突破。如果真的能按照現(xiàn)在所說的一樣量產(chǎn)那意味著本田下一代的發(fā)動機在保持同等動力水平的條件下,油耗還可以再降低,那就真的本田大法好了。