最近這幾年,很多的汽車品牌,尤其是日系品牌,都喜歡把“熱效率”這個詞掛在嘴邊。熱效率究竟是什么,熱效率高為什么不完全等效于省油?
簡而言之,熱效率就是,實際轉(zhuǎn)化成驅(qū)動力的能量(機械能),和消耗燃料的當(dāng)量熱量總和的比值,也就是說,燃燒等量的燃料,產(chǎn)生越多驅(qū)動力,熱效率就越高。
如果我一天什么都不干,只躺在床上,不對外做功,可是人是有基礎(chǔ)代謝的,所以我“怠速”一天,雖然感覺啥事兒沒干成,可還是可恥地消耗了能量,那么我今天的“熱效率”就是零。想到這里,我為今天的碌碌無為感到恥辱了。
下一種情況,我今天發(fā)奮圖強了,拼了老命跑了一場馬拉松,今天的我,對外做了功,熱效率肯定不為零。而且可以推算出,同樣跑一場馬拉松,如果我身體基礎(chǔ)代謝率越低,我的“非做功輸出”就越低,“做功輸出”越高,“熱效率”就越高。
對于發(fā)動機來說,主要的“基礎(chǔ)代謝”有這些:
1、燃燒熱量損失:這里又分為兩個層面,首先,燃燒越徹底,可用的能量自然越多,缸內(nèi)直噴、分層燃燒、稀薄燃燒技術(shù)就是為了充分利用燃料的能量;第二燃燒時間越長,冷卻系就會帶走越多熱量,熱量轉(zhuǎn)化為機械能的損耗就越大,所以各家都在研究快速燃燒技術(shù),務(wù)求縮短作功行程的燃燒時間;
2、泵氣損失:人的呼吸是通過肌肉發(fā)力,在胸腔形成負壓來完成吸氣,這是需要消耗能量的,發(fā)動機的負壓吸氣同樣會消耗發(fā)動機能量,增壓系統(tǒng)、優(yōu)化進氣道設(shè)計、進排氣門正時及升程、以及普及阿特金森循環(huán),都能降低泵氣損失;
3、壓縮行程:大家試著把一個擰緊瓶蓋的塑料瓶子捏癟,就知道壓縮空氣需要消耗多少力氣了,進氣門晚關(guān)的阿特金森循環(huán),可以減少壓縮行程發(fā)動機所做的負功;
4、內(nèi)部摩擦:降低發(fā)動機摩擦是提高熱效率的有效方法,例如低摩擦涂層、低黏度機油,都是朝這個方向在努力。
目前所有的高熱效率發(fā)動機,主體優(yōu)化方向都離不開以上幾點。然后問題來了,提高了發(fā)動機做功的效率,就代表省油嗎?并不盡然?!白罡邿嵝省辈⒉坏扔凇皩嶋H熱效率”。
試想一個住在山區(qū)的人,每天放飛自我,“隨機”地在這個山區(qū)里奔跑。這個人的“實際活動高度”,不取決于最高峰的高度,而取決于山區(qū)的地形,還有他在該地形的活動范圍。
發(fā)動機的熱效率圖譜就像是一個山區(qū),“最高”熱效率只是最高峰的山尖。決定“實際熱效率”的,是熱效率分布(山區(qū)地形),還有傳動系統(tǒng)匹配(決定不同負載下發(fā)動機所處工況)。
如果高燃效區(qū)間足夠?qū)拸V,并且能夠大范圍地覆蓋日常使用工況,那么這款發(fā)動機的實際省油本領(lǐng)就很高,反之,如果高燃效區(qū)間達成條件苛刻,那這款發(fā)動機的實際油耗可能就不低。
不同設(shè)計特性的發(fā)動機,優(yōu)秀燃油經(jīng)濟性的區(qū)間可以相差甚遠。一款熱效率高的發(fā)動機,也并必然能推導(dǎo)出搭載它的車型,在任何工況下都省油。
以我剛做完最新一代雅閣和凱美瑞的油耗對比測試為例。兩款車的發(fā)動機最大熱效率比較接近(雅閣38.5%,凱美瑞40%)。雅閣高速公路巡航油耗比凱美瑞低約10%,因為這個低轉(zhuǎn)速低負載區(qū)間,是渦輪增壓發(fā)動機的強項(泵氣損失、摩擦損失較小)。
而凱美瑞在繁忙城市工況,又比雅閣省油15%左右,因為在頻繁變負載工況,凱美瑞的發(fā)動機可以落在寬廣的高燃效區(qū)間。(我會在兩款車的對比評測視頻里給出更詳盡的分析,請關(guān)注大家車言論公眾號的更新)
傳動系統(tǒng)的匹配也很重要,好的傳動系統(tǒng),可以更好地調(diào)節(jié)發(fā)動機的工況,讓它處在高燃效區(qū)。例如豐田凱美瑞2.5和混動車型,前者發(fā)動機最高熱效率只比后者低了1%,可混動版油耗要比純內(nèi)燃機版節(jié)省將近一倍,這就是豐田混合動力系統(tǒng)動力分割機構(gòu)的功勞了。
顏色越深的“圈”代表熱效率越高,紫色是混合動力系統(tǒng)中,內(nèi)燃機的工作范圍,藍色是匹配CVT變速箱,綠色是匹配AT變速箱,可見混動系統(tǒng)可以讓發(fā)動機完全處在高燃效區(qū)間,CVT則幾乎和所需功率下最省油的工況運作(圖中深藍色折線),AT則要發(fā)散一點。
為什么歐系品牌不怎么宣傳熱效率?首先還是歐洲品牌從來都不喜歡將“省油”當(dāng)作最大賣點。的確,百公里油耗省1升汽油,10萬公里下來也就省個7000人民幣的油錢。這對于并不精打細算的歐洲人民來說,省油的意義并沒有日本人那么大。
第二是高熱效率區(qū)間的取得范圍,一般是在發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速的40~50%,最高負載的70~90%的范圍。這個發(fā)動機工作范圍,對于歐系車的油耗測定循環(huán)NEDC來說,基本沒有意義。NEDC循環(huán)的測定工況基本就是“佛中佛系”的駕駛風(fēng)格,發(fā)動機負載極低,只要專心優(yōu)化發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速30%,最高負載40%以內(nèi)的燃效表現(xiàn),就能夠在NEDC上取得好成績。
當(dāng)然,“惟NEDC馬首是瞻”的KPI制度,也讓不少歐系品牌發(fā)明了一些取巧應(yīng)試的旁門左道,甚至深陷“xx門”的丑聞。
而日系車既然要以“省油”為目標,那必須要提出一個嚴格控制變量的可視化指標。你說油耗,不同國家不同測定標準,測出來的結(jié)果不盡相同,而且和實際駕駛開出來的油耗很難符合,這肯定不嚴謹;那實際油耗呢,不同人不同駕駛風(fēng)格,還有不同的路況,這都會影響到實際油耗,是一個浮動量巨大、幾乎沒有說服力的數(shù)據(jù)。
想來想去,還是熱效率這個指標最好。它本來作為內(nèi)燃機性能指標長期存在不用科普,而且“百分比”這個單位,足夠直觀、易于理解,再加上熱效率這個指標,就是發(fā)動機的一個性能參數(shù),如同“最大功率”“最大扭矩”一樣,不受外部變量影響。
種種原因疊加,熱效率就成為了一個超級洗腦的熱詞了。一句話總結(jié),熱效率高,一定是一個汽車品牌發(fā)動機技術(shù)實力的體現(xiàn)。高熱效率能不能換來優(yōu)異的油耗表現(xiàn),還要和具體車型、用車習(xí)慣、路況結(jié)合具體分析了,就像“智商高”不一定等于“事業(yè)有成”。但可以肯定的是,高一定比低好……
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