汽油发动机热效率曲线_汽油机热效率低于柴油机的原因?有哪些解决方式?

1.发动机热效率一般都在多少？

2.汽油发动机40%热效率意味着什么

雅斯顿原创文章?|Zinc

内燃机还远没到谈论生死的时刻，但危机已经浮现。消费者夹在中间很难受，一边是被鼓吹电气化是正确方向，但纯电动车还有诸多难题亟待解决；一边是受政策和生活成本施压，享受传统内燃机的日子是过一天少一天。

不过，当下大部分人还是更青睐传统燃油车。面对此环境，如何破局？行业的共识是打造「高效内燃机」。

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夸大的宣传，反而会自乱阵脚

受「高效内燃机」方针的推动，近些年「热效率」这个词的出现频率越来越高。

所谓热效率，指的是发动机在燃烧汽油的过程中，转变为机械能的能量与所消耗汽油能量的比值，转化能力越高效率就越高。但由于发动机的动力输出曲线并不是单一方向的，而是呈初段上升、中段和末段下降的趋势，因此，我们平时能看到的「热效率」，基本是指最高热效率。那么，拥有高热效率的发动机，是不是都能称作「高效内燃机」呢？

内燃机能量的散布图

这个说法其实不对，热效率高的确能够体现发动机技术实力，对降低油耗有帮助，但高燃烧效率≠高效内燃机。「高效内燃机」应该包括强化动力、油耗和排放三大维度，巩固所长，补之所短。

首先，热效率和动力之间存在相互牵制的关系。下图是丰田新一代Dynamic?Force?Engine高效发动机参数对比示意图，?从「trade-off?line」的走向可以看到，最高热效率所在位置的性能（功率系数）其实不强。

而且油耗除了热效率外，还会受很多因素影响，比如空气阻力、车重、传动系统损耗等；再者是要考虑发动机在实际使用下的工况特征。

举个简单例子。丰田2.5L自吸发动机宣称拥有40%的最高热效率，但第八代凯美瑞工信部油耗是6L/100km，实际综合油耗到了9L/100km。而搭载第八代Ecotec系列1.3T直喷涡轮增压发动机的别克威朗工信部油耗5.5L/100km，实际测试的综合油耗在7L/100km左右。原因就和此有关。

车重是一方面。而就发动机热效率这一概念，其实自吸相比涡轮增压的优势是被夸大了。第八代凯美瑞2.5L发动机也只在转速2000rpm、扭矩输出150-170N·m时，才能接近40%的最高热效率。相比之下，第八代Ecotec系列1.3T直喷涡轮增压发动机由于大部分情况下都处于高效运转工况，因此二者的实际差距也就不明显了。

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「高效内燃机」还看小排量涡轮增压

就自然吸气和涡轮增压发动机对比，小排量涡轮增压更适合打造「高效内燃机」。是因为它在维持较高燃烧效率的同时，还有更强劲的升功率。

2017年，《国家发展改革委、工业和信息化部关于完善汽车投资项目管理的意见》指出：建发动机企业投资项目，除符合现有规定外，拟生产的汽油发动机升功率应不低于70kW/L。

70?kW/h对自然吸气发动机来说很严苛，比如本田雅阁2.0L发动机（R20A）升功率仅为57kW/L。而别克威朗的升功率已经达到92kW/L，强了一大截。

近些年来，中、欧、美三大主要市场都在朝着小排量发展。特别是2011年以后，中、欧地区平均排量更是下探到了1.8L以下。可以说，威朗1.3T这样的动力系统是走在潮流趋势上。

当然，也有升功率达到100kW+的自吸发动机，但想要压榨更大的升功率必然会损耗寿命，所以它们会被归属为暴力机器，制约了大批量应用的可能。

至于涡轮增压，虽也同样会受此影响，但因为增压器的原因，寿命损耗的影响相对小一些。而且它在设计时也会做多方处理，上面提到第八代Ecotec系列1.3T直喷涡轮增压发动机就有针对性地在气缸本体、活塞以及连杆等机构上做了强化处理。与此同时，这款发动机在开发过程中测试里程达到465万公里，经历了各种极端路况的严苛历练。

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别克威朗1.3T发动机如何实现「高效内燃机」

基于以上讨论，我们已经知道了小排量涡轮增压发动机的优势和发展潮流，不妨就以前面提到别克威朗上搭载的这台第八代Ecotec系列1.3T直喷涡轮增压发动机为例，聊聊「高效内燃机」是如何实现的。

单缸最优理论是实现高燃效的源头，这也是第八代Ecotec系列发动机的核心技术。根据发动机的实际性能需求调整缸数，并设计单缸容积、缸径和活塞行程来设计发动机的单缸最佳面容比（缸体面积与容积之比），能够让发动机的燃油经济性、排放、扭矩和功率达到最佳平衡。

这样的设定是对应一个发动机群而言，针对1.3T机型，具体思路是对单缸结构用小缸径、长行程的设定，使得面容比小于1。这带来的好处是发动机能在低转速输出高扭矩，维持宽泛的扭矩平原。

而在动力性上，除了缸体结构的先天优势加成，像气门正时系统中置设计可以改善气门响应速度，提升进排气效率；电动放气阀涡轮增压技术可以降低小负荷泵气损失，提高增压器瞬态响应，从而提升低速扭矩，等等。诸多先进技术的引入，最终使得威朗1.3T在1500～4000rpm区间能够持续输出90%以上的峰值扭矩。

而为了获得较好的燃油经济性和排放，DPI智能单缸双喷射燃烧系统起到了很大的作用。双喷的优点是能提供更好雾化，实现开阀喷射，抑制爆震；降低颗粒数量和质量，降低CO2排放，降低部分负荷时的燃油消耗。再配合「横流式+分离式并联冷却」系统，可以使用双节温器控制缸体冷却液的流量，使各缸的冷却更均匀、更快，暖机过程更快，从而实现更好更快的燃烧和一致性。

又或者「内部Masking+平面挤气燃烧室+?新型鱼腹型高滚流进气道」的结构特点，同样可以提高湍流强度，加快燃烧，让燃料能够充分的与空气混合。这些对提升发动机动力和降低油耗都是有利的。

威朗1.3T用的技术手段还有很多，不过要实现甚至放大「高效内燃机」的作用，变速箱的搭配同样重要。显然，威朗用1.3T+CVT设定就很有目的性。我们知道CVT变速箱除了具备平滑无缝的换挡体验外，最大的优势是让动力在燃油效率最佳的区间内输出，并且因为是无级变速，CVT控制单元总能匹配出最合适的传动比来输出扭矩。

除了利用CVT本身的优势外，我们还能看到，威朗搭载的这款钢链式CVT变速箱的速比范围达到了7.01，为的就是应对各种工况，调和动力和油耗问题。

笔者在2016年购入了上一代威朗1.5T版本，试驾对比全新别克威朗后发现，排量更小的1.3T发动机动力参数与1.5T相差无几，而涡轮介入时机提前，使得日常路段的油门使用下（油门行程的前三分之一），1.3T发动机的扭矩输出表现更有力、更灵敏，与上代相比，加速体验更好。

值得赞赏的是CVT变速箱的表现。威朗的1.3T发动机在1500转开始进入最大扭矩区间，但与CVT变速箱的配合使得动力的衔接过程不会有任何突兀的感受，尤其是城市路段驾驶，几乎感受不到发动机闯动的迹象，顺畅感更强。

至于「高效内燃机」带来的最直接利益——燃油经济性，笔者驾驶新威朗在90%城市路段、10%郊区路段进行油耗测试，实测油耗大概在7L/100km左右，与大部分用户反馈的日常油耗数值相差无几。事实上，低油耗也是汽车之家口碑里用户对全新别克威朗最满意的产品点之一。

动力层面之外，全新别克威朗的底盘与悬架调校依然保持着很高的水准，在吸震效能与支撑性之间找到了一个很好的平衡点，加之通用向来在车内静谧性和舒适感上的优势，威朗的传统优点也得以保留。

雅斯顿小结?

传统内燃机远没到生死存亡的时刻，汽车厂商仍然在寻求技术的突破。威朗1.3T给了一个很好的模板，其在热效率达到高水准的基础上，把动力、油耗和排放的均衡性做到足够强，称得上一款优秀的「高效内燃机」机型。

而威朗选择1.3T+CVT的组合，在强化舒适性、调和动力和油耗问题上直指消费痛点，让「高效内燃机」获得更好的用户体验。

图?|?来源于网络

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

发动机热效率一般都在多少？

什么是热效率？热效率指的是：当燃油在发动机内进行充分燃烧时，将所产生的热量转化成机械能并加以利用。而这个转化比例，也就是我们通常所说到的热效率。如果热效率达到100%，也就意味着在进行燃烧时，不产生任何热量，同时在经过所有零部件时，没有产生任何消耗，而且还要求在燃烧时，必须做到充分燃烧。从理论上来讲，要想发动机的热效率达到100%，以目前的技术水平是根本做不到的。

常见的发动机热效率：

1、蒸汽轮机热效率：4%-8%

2、汽油发动机热效率：25%-35%

3、柴油发动机热效率：35%-45%

发动机的热效率不可能达到100%。原因其一：发动机材质不能接受这么高的温度，发动机都是由金属制造，金属有一定的耐热点，超过一定的温度就会变形，导致零件损毁，所以必须一部分的热能传递给冷却液，也就是散热。

其二：发动机机械运动会损失很大一部分的热量，发动机的核心部件是活塞连杆机构缸体、曲轴，有产生的热能，推动零部件工作输出动力，零件运动摩擦也会损失一定的热量，降低发动机的热效率。

其三：废气排除也会损失热量。发动机的工作原理：进气、燃烧、排气往复不断。排气过程一是损失部分热量，另一部分人呢过转化为动能，推动气体运动。热效率不要说百分之百，41%已经很不容易了，如果50%的马自达创驰蓝天二代实现，那绝对是具有里程碑式的突破。其实发动机也是热机的一种，只要是热机，就不可能达到100%，如果达到了，那么之前所建立的一系列科学认知，一些方面都要打破，这是一件非常可怕的事情。

汽油发动机40%热效率意味着什么

传统理论认为，一般蒸汽轮机热效率为4%-8%；汽油发动机热效率为25%-35%；柴油发动机的热效率为35%-45%。

之所以发动机不能达到100%的热效率，主要与以下几方面有关：

一、摩擦损失。

发动机要把热能转化为机械能，需要非常复杂的机械结构才能完成，这些由众多金属机械零部件组成的复杂机械结构，在快速运转过程中，运动零部件之间不可避免会产生摩擦，造成动力损失和机件损坏。学过初中物理的都知道，摩擦会产生阻力，那么发动机自身运转必然也要损耗一部分能量。

二、热量损失。

发动机是热能转化为机械能的机器装置，燃料燃烧产生的温度高达上千度，另外金属机械零件运动摩擦也会产生高温，如果发动机零件长时间处于高温条件下运行，会很容易出现摩擦力增大，金属熔融，甚至爆缸烧瓦的恶故。

因此，为了保证发动机金属零部件能够在稳定温度状态下工作，汽车厂商就利用水的冷却特性，用循环水对发动机进行降温，因为水的最高温度为100度，为了保持水的这个温度，一般是取散热器和强制风将热量释放到空气中，这样就会将大量的热量带走，这是热能损失的主要原因之一。

随着科技的进步，越来越多曾经难以想象的先进技术被研发出来，而就在最近，新一代凯美瑞再次让全世界的车迷大吃一惊，它竟然将一台自然吸气四缸发动机的热效率提升到了40%。接下来，让边肖汽车向朋友们简单介绍一下汽油发动机40%的热效率意味着什么。

到底什么是热效率？

热效率这个词听起来有点无聊。科学书中的严格解释是单位体积燃料的内能与动能之比。比率越高，燃料对动能的效率越高。对于普通消费者来说，可以理解为比值越高，发动机功率越好，油耗越低，排放水平越好。

但是你知道汽车发动机能量损失是不可避免的吗？现在世界上所有汽油车的发动机热效率几乎不可能达到50%，这也说明即使你的车加满一箱油，我感觉真的& ldquo消费& rdquo给车轮的动力不到一半，大部分基本被各种能量损失所用。

那么，除了转化为动能并应用到车轮上的燃油，剩下的汽油基本都去哪里了呢？这些燃料大部分会被发动机的冷却带走，称为冷却损失，一部分会通过排气排放到大气中，称为排气损失。这两块所占比例最大，约占总能量的40%，但这是不可避免的能量消耗，所以发动机可以& ldquo少吃食物，多跑步。我们只能从剩下的60%开始。

如果你想让马跑，你需要少吃草。这是一个永恒的问题，在汽车领域也是如此。此外，汽车不仅需要考虑能耗，还需要考虑日益严格的排放法规。以汽车大国美国为例。到2025年，各汽车厂商销售汽车的平均燃油合理性(CAFE)必须达到54.5mpg(相当于4.31L/100km)，基本为& other双重标准。是的。有鉴于此，各大车企也在努力开发新技术，以应对新规。在中国，随着& ldquo六个国家。排放法规的颁布可以说是未来世界上最严格的排放法规之一。

应对难题，研发技术

为了应对这一困难，很多厂商开始绞尽脑汁研发新技术，发动机的热效率是影响油耗和排放数据的关键环节。对于一辆搭载33%热效率发动机的汽车(现在大部分汽车发动机的热效率在28%-33%之间)，使用40%热效率发动机后，整车的合理燃油性能会提升15%-20%。

以平均每百公里油耗7升，每年行驶1.5万公里的汽车计算，使用热效率40%的发动机，每年至少可以节省200升汽油，可以节省1300多元的燃油成本。节省下来的200升汽油不仅可以节省大量的燃料费用，还可以为全球的环境保护做出贡献。