最近，比亞迪推出高功率1.5T發(fā)動機，標(biāo)稱最大輸出功率136KW，最大扭矩288N·m，熱效率最高可達(dá)到38%，幾乎已經(jīng)是自主品牌目前熱效率最高的汽油機之一。無獨有偶，奇瑞、長城等自主品牌在2020年也相繼推出新一代的2.0T發(fā)動機，以提高產(chǎn)品自主核心競爭力。

縱觀目前自主品牌所有新推出的引擎，可以看出它們都在將熱效率當(dāng)作宣傳的重點，比亞迪驍云引擎熱效率38%，長城4N20引擎的熱效率為38.3%，奇瑞F4J20引擎的熱效率為39%，同為渦輪引擎的它們似乎已經(jīng)將本田的L15B8渦輪引擎的熱效率踩在了腳下，成為新時代汽油發(fā)動機的領(lǐng)跑者。

那么，各大車企都在宣傳的熱效率到底是一個什么參數(shù)，它對汽車的動力有什么影響呢？

從微觀的角度來看燃燒反應(yīng)

一切要從燃燒反應(yīng)說起，汽油的燃燒本質(zhì)是烷烴類碳基化合物在高溫高壓的情況下產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)，碳鏈斷裂，釋放出熱量，讓氣體發(fā)生膨脹，從而推動氣缸內(nèi)的活塞產(chǎn)生動力。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的能量守恒定律我們可以輕易地算出1mol烷烴完全氧化需要消耗多少氧氣，但當(dāng)我們將這一反應(yīng)放到動態(tài)環(huán)境當(dāng)中后，上述情況就變得復(fù)雜起來。由于在日常行駛時，發(fā)動機工況隨時在變，導(dǎo)致每一次進(jìn)氣沖程吸入的幾乎都不相同，因此燃料供給情況也需要實時調(diào)整。

過去很多人認(rèn)為，只要按照一定比例計算出吸多少氣，供多少油，就能讓引擎高效運轉(zhuǎn)，而這個比例就是理論空燃比：14.7:1（汽油），在這個空燃比下，汽油能夠完全燃燒，火焰?zhèn)鞑ニ俣纫约盎鹧鏈囟纫苍谧罴逊秶鷥?nèi)，一氧化碳以及一氧化氮等非飽和氧化產(chǎn)物的廢氣也能得到有效控制，看似發(fā)動機最佳的狀態(tài)。

但事情真的是這樣嗎？

每個ECU中都會有一套空燃比控制建模

我們再以微觀的角度來看一次氣缸內(nèi)的燃燒。當(dāng)燃料被噴入氣缸時（對于缸內(nèi)直噴引擎來說），距離噴油孔近的區(qū)域可燃混合氣偏濃，而離噴油孔較遠(yuǎn)的地方可燃混合氣則較稀，因此在點火時，靠近噴油孔位置的可燃混合氣體非常容易被點燃，但是由于混合氣較濃，燃燒速率較慢，火焰溫度以及火焰?zhèn)鞑ニ俣榷急容^低，但是當(dāng)火焰蔓延到更遠(yuǎn)的區(qū)域時，由于混合氣較稀，火焰溫度以及傳播速度會迅速加快，對活塞頂部造成燒蝕現(xiàn)象，這也是許多改裝多動力的車輛在激烈駕駛時活塞頂部被燒裂的原因。

用辯證的眼光看理論空燃比

在用微觀的角度分析過燃燒過程之后，我們再回過頭來思考一下理論空燃比，它真的有意義嗎？

答案是：有，也沒有。

有，是因為在一定空間內(nèi)，若想完全燃燒一份汽油，就必須消耗14.7份空氣，這是客觀事實。

沒有，是因為即使混合氣過濃、過稀，也能夠有辦法使其完全燃燒。而這，就是現(xiàn)代引擎提升熱效率的關(guān)鍵！

在引擎高負(fù)荷運行時（低轉(zhuǎn)速區(qū)間全油門加速），由于進(jìn)氣量較低，如果按照14.7的空燃比噴入燃料，則會導(dǎo)致動力不足，轉(zhuǎn)速無法快速提升，而轉(zhuǎn)速無法快速提升就又會讓進(jìn)氣情況持續(xù)惡化，進(jìn)一步限制動力輸出，從而導(dǎo)致惡性循環(huán)。為了打破這個循環(huán)，ECU會加大噴油量，讓氣缸內(nèi)布滿過濃的可燃混合氣，讓點火變得更加容易，同時由于火焰?zhèn)鞑ケ容^慢，因此需要更大的點火提前角，使活塞在到達(dá)上止點之前火焰剛好傳播到活塞頂部。通常情況下，這種工況的空燃比會控制在11-12之間，以達(dá)到最大動力輸出。

而在引擎低負(fù)荷運行時（松油門滑行、低怠速），單次做工不需要很大的爆燃沖擊力，但是空氣吸入又很充足，這時，可以在噴油時減少噴油量，實現(xiàn)稀薄燃燒。但是，由于可燃混合氣過稀，導(dǎo)致其不容易被點燃，而且稀薄混合氣的火焰?zhèn)鞑ニ俣纫约皽囟榷继?，因此過去一些主機廠都無法將這種技術(shù)實用化。而大眾集團(tuán)在20年前就開始研究分層燃燒技術(shù)，以實現(xiàn)稀薄燃燒引擎的量產(chǎn)化，馬自達(dá)則是用另外一種方法實現(xiàn)稀薄燃燒，即利用湍流實現(xiàn)點火。無論這兩種技術(shù)孰優(yōu)孰劣，其最終的結(jié)果就是創(chuàng)造了燃油經(jīng)濟(jì)性更高的引擎，不過在熱效率方面，湍流點火的均質(zhì)燃燒始終具有優(yōu)勢。

什么是熱效率？

之所以沒有將這部分內(nèi)容放到開頭是因為在搞清楚熱效率之前，需要先理解燃燒反應(yīng)以及空燃比的概念。

對于內(nèi)燃機，熱效率指的是發(fā)動機中轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功的熱量與其自身所消耗的熱量的比值。也就是說，由于內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)上的原因，在可燃物能級轉(zhuǎn)換過程中所釋放的熱量，并非全部轉(zhuǎn)化為機械能，這一差別是區(qū)分熱效率高低的標(biāo)準(zhǔn)。

簡單來說，就是1個單位的汽油所蘊含的化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為發(fā)動機動力的能力。在現(xiàn)實中，1個單位的混合氣并不能完全將它的化學(xué)能完全釋放出來。由于燃料的不完全燃燒，導(dǎo)致可燃物能級無法完全躍遷，因此發(fā)動機熱效率低。為了改善燃燒工況，就要向氣缸內(nèi)沖入過量的空氣，也就是讓空燃比大于14.7，達(dá)到20:1、25:1甚至是50:1。

有小伙伴會問，為什么完全燃燒需要過量空氣，車叔你不是開頭說過空燃比只需要14.7:1時就能完全燃燒嗎？

這就回到了一個話題的最后一段內(nèi)容上來，噴油時，汽油是以分子團(tuán)的形式霧化的，而不是以單個分子的形式霧化的，也就是說，在靠近噴油孔混合氣密集的區(qū)域，局部空燃比遠(yuǎn)低于14.7:1，因此導(dǎo)致這一部分的混合氣無法完全燃燒。

這也解釋了為什么馬自達(dá)的均質(zhì)燃燒技術(shù)在熱效率方面要領(lǐng)先分層燃燒，因為均質(zhì)燃燒中，氣缸內(nèi)可燃混合氣濃度相同，有利于完全燃燒。

車叔點評

熱效率不僅影響了引擎的燃燒工況，起到節(jié)約燃油，優(yōu)化排放的作用，在動力上的影響也是巨大的。下一期，車叔將帶各位小伙伴領(lǐng)略各家主機廠提升熱效率的方法，了解內(nèi)燃機發(fā)展的主流方向。?