日前，吉利汽車宣布，在發(fā)動機熱效率方面的前瞻技術取得了新突破，均質稀薄燃燒原型樣機實測實現(xiàn)51%的指示熱效率。其研究成果未來將應用于新一代混動專用發(fā)動機。

當前，發(fā)動機熱效率再提高已經(jīng)成為一件比較困難的事。吉利汽車此舉引起行業(yè)廣泛關注。其實，中國消費者在用車過程中最關注的依然是油耗問題。記者了解到，提高乘用車發(fā)動機熱效率，一直是各大汽車企業(yè)正在積極努力的方向。在汽車行業(yè)變革的大背景下，潛心鉆研內燃機技術應成為企業(yè)長期堅持的做法之一。

♦51%的指示熱效率意味著什么?

作為傳統(tǒng)汽車的“心臟”，發(fā)動機是整車開發(fā)的重中之重。發(fā)動機的熱效率又被稱為“發(fā)動機有效效率”,是指發(fā)動機有效功率的熱當量與單位時間所消耗燃料含熱量的比值，用以評定發(fā)動機的經(jīng)濟性。發(fā)動機靠燃油的燃燒做功，通過燃燒產生的熱能來推動汽車運動，是一個由熱能轉化為機械能的過程。熱能在轉化過程中不可能完全用來做功，必然有一定的損失。

記者了解到，豐田的銷量擔當卡羅拉/雷凌雙擎車型，配裝代號為8ZR的1.8L阿特金森循環(huán)自然吸氣發(fā)動機，壓縮比達到13:1，發(fā)動機最高熱效率達到了40%;凱美瑞傳統(tǒng)燃油版2.0L自然吸氣M20C發(fā)動機以及2.5L自然吸氣A25A發(fā)動機，壓縮比均為13:1，最高熱效率也同樣達到了40%。

自主品牌企業(yè)近年來同樣在深耕發(fā)動機熱效率。一汽奔騰T77 PRO 1.5T發(fā)動機的熱效率達到39.06%。2010年廣汽第一代發(fā)動機熱效率為34%。經(jīng)過十年的發(fā)展，2020年廣汽第四代發(fā)動機熱效率達到42.1%，其計劃是在2025年前實現(xiàn)熱效率達到45%。長安汽車基于藍鯨NE動力平臺研發(fā)的發(fā)動機除了滿足國六b的同時，最高熱效率達到40%。

對吉利汽車宣稱“實現(xiàn)51%的指示熱效率”，有行業(yè)人士提出了質疑。這位行業(yè)人士表示，指示熱效率可以被認為是理論上可以達到的狀態(tài)，即理想效率。這也就意味著發(fā)動機在工作過程中具備達到51%熱效率的潛力，但實際并不能夠達到。

記者了解到，指示熱效率的“指示”代表“實際循環(huán)指示功”，也就是推動活塞所消耗的功。不過，能量從活塞到發(fā)動機輸出軸的傳遞過程中，會經(jīng)過活塞連桿、曲軸等結構，期間每通過一個連接點都會損失掉部分能量。因此，指示熱效率的參考意義有限。

記者了解到，作為國內自主品牌的先鋒，吉利汽車從2017年率先開發(fā)出39%熱效率的增程專用發(fā)動機;到2019年自主研發(fā)攻克了低壓廢氣再循環(huán)(LP EGR)瞬態(tài)控制技術，助力吉利汽油機突破了41%熱效率。吉利汽車是國內首家在混動增壓汽油機上應用該技術的整車企業(yè)。此次實現(xiàn)51%的指示熱效率，對行業(yè)發(fā)展有一定的推動作用。

♦顛覆發(fā)動機燃料類型或許是出路

與外資品牌發(fā)動機相比，自主品牌發(fā)動機熱效率處在什么樣位置?天津大學內燃機燃燒學國家重點實驗室原副主任姚春德表示，現(xiàn)在是處在同一起跑線上。

燃燒技術是整個發(fā)動機里最核心的技術。燃燒是一個復雜的系統(tǒng)，會受上百個參數(shù)影響，比如點火時間、壓縮比、壁面溫度、空燃比等。但是，提升熱效率確實不容易。比如，活塞往復式發(fā)動機誕生百年，整體結構變化不大，在過去50年里，頂級發(fā)動機熱效率提升也不超過10%。記者了解到，此前濰柴把柴油機熱效率提高了一大截，用了五項專利技術來“攢”熱效率——協(xié)同燃燒技術，協(xié)調設計技術、排氣能量分配技術、分區(qū)潤滑技術、智能控制技術。

姚春德認為，汽車企業(yè)在發(fā)動機上應用的技術，都在逐漸趨同化。“長城、江淮、吉利、長安、一汽、東風等國內汽車企業(yè)的發(fā)動機技術基本上都在趨同化，奔馳、大眾、寶馬等外資汽車企業(yè)的發(fā)動機技術也是趨同化。”他說。

據(jù)豐田總公司動力總成相關部門負責人介紹，最新一代普銳斯所配裝的1.8L ESTEC 2ZR-FXE發(fā)動機通過高速燃燒、EGR冷卻、熱管理和減磨等技術的精細改進，實現(xiàn)了發(fā)動機40%的熱效率，也使其成為當前量產車中熱效率最高的發(fā)動機。

姚春德表示，單純從改變汽車零部件結構方面來講，對提升熱效率不會取得重大突破。改變燃料類型，成為行業(yè)人士推薦的從根本上改變發(fā)動機熱效率的一種方式。這是對發(fā)動機熱效率最顛覆的一種方式。

“作為應用到內燃機上的燃料，甲醇具有極性和潛熱高兩個明顯區(qū)別于其他燃料的理化特征，帶來了內燃機腐蝕磨損和低溫冷啟動困難這兩大技術挑戰(zhàn)，進而對耐久性和熱效率產生影響?？上驳氖?，經(jīng)過業(yè)界一些科技人員十幾年技術攻關，這些方面已經(jīng)取得進展和突破，并使國內甲醇內燃機在這一領域處在世界領先地位。”中國汽車工程學會名譽理事長付于武如此表示。

♦電動化給內燃機發(fā)展帶來挑戰(zhàn)和機遇

去年，我國相繼發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》及《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃2021年～2035年》。其中提出，到2025年，中國新能源汽車新車銷量將達到汽車新車總銷量的20%;至2035年，中國節(jié)能與新能源新車將各占一半，傳統(tǒng)能源動力乘用車將全部轉化為混合動力乘用車，以實現(xiàn)汽車產業(yè)全面電動化轉型。《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》進一步指出，至2035年，我國混合動力乘用車油耗需控制在4L/100km的水平。

在汽車產業(yè)變革進程中，碳中和、碳達峰成為當下的熱詞。在推動中國2030年碳達峰、2060年碳中和目標實現(xiàn)過程中，如何高效實現(xiàn)節(jié)能減排成為汽車產業(yè)面臨的重要任務。因此，如何大幅提升乘用車動力系統(tǒng)的效率，成為當前國內整車節(jié)能亟待解決的技術難題。

姚春德告訴記者，內燃機多年發(fā)展的經(jīng)驗表明，只有混合動力才能滿足環(huán)保要求和工信部的油耗要求，“混合動力能夠用電來彌補發(fā)動機的一些不足。這樣能讓發(fā)動機在工作的時候更加省油、更加具有經(jīng)濟性。我認為，混合動力應該是一個非常重要的發(fā)展方向。”

記者了解到，吉利汽車聯(lián)合國內零部件企業(yè)和高校在2020年12月成立了中國乘用車動力總成專業(yè)委員會(SCP)。作為SCP牽頭企業(yè)，吉利汽車表示已經(jīng)做好“全面迎接混動時代”的技術準備，其全新一代混合動力系統(tǒng)配裝的專用發(fā)動機熱效率超過當前市場上所有在售產品，將于今年下半年正式上市，從而助推全國“雙碳”目標加速實現(xiàn)。

另據(jù)了解，在比亞迪DM-i混動系統(tǒng)里，發(fā)動機除了熱效率高之外，可以長時間在高效區(qū)域運轉。熱效率43.04%的發(fā)動機配裝比亞迪高效電管理系統(tǒng)，進一步降低油耗。當前，DM-i系統(tǒng)已經(jīng)普及秦PLUS、宋PLUS新能源、唐新能源等車型。

姚春德說：“內燃機行業(yè)已經(jīng)是很成熟的行業(yè)了。發(fā)動機工業(yè)是汽車工業(yè)的根基。汽車企業(yè)應該好好沉下心來研究發(fā)動機技術，取得突破。”(趙瓊)