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如何看待奔腾1.5T发动机最大热效率达到39.06%?

2020年06月21日 20:11:01
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来源:买车大师

在全球愈发严苛的排放法规下,如今发动机的主流研究方向,早已从追求动力性向追求燃油经济性转变。

而“热效率”这个词,不仅在对油耗敏感以及测试规程严格的日本市场引导着车企,进而也通过各路宣传口径逐渐被中国的消费者所熟知。在将来,“最大热效率”或许很快能成为继“最大功率”、“最大扭矩”两大性能指标后的第三大性能指标。所以你会发现,国内的一些汽车厂家近来也愈发频繁地提起这个“新性能”。

国际顶尖水准

那么究竟什么是热效率呢?

对于消费者而言,油耗是判断一款车是否省油的标准。但纵观整个市场上的所有车型,很难用油耗单纯地评价各种不同排量发动机的经济性。这非常好理解,3.0L的发动机总体上肯定会比1.0L的直接油耗更高,但这并不代表大排量发动机的经济性一定比小排量的差。

大排量发动机不一定费油

因此就需要一个最小单位指标,这其实就是BSFC(Brake Specific Fuel Consumption),即燃油消耗率,来代表发动机每小时输出1kW能量所消耗的燃油质量,单位为g。

发动机的BSFC并非是一个固定值,而是会随扭矩和转速的变化而变化。如果将发动机每个工况的燃油消耗率都进行测试,便能得到如下面这样一张BSFC图。

丰田搭载于汽油版车型上的2.5L A25A发动机为例,上面这张图就是它的BSFC map,和地理上的等高线有着异曲同工之妙。显然,BSFC数值越低,燃油经济性越好。

而热效率,通俗地理解就是发动机提供的动能与燃油产生的总热能的比例,它和BSFC之间有着一套简化的换算公式:

汽油机热效率≈83.25÷BSFC

所以上面那张BSFC map还可以画成这样:

这就是广大消费者更为熟知,同时也更直观的“热效率图谱”。在EPA的测试中,丰田A25A在转速约2600rpm、扭矩达到约180N·m处时得到了最大热效率39.8%。毫无疑问,这是2020年全球量产机型中的顶尖水准。

丰田的发动机举例给大家解释了何为热效率,咱们再聊聊国内的情况。6月15日,中汽中心发动机热效率认证机构给奔腾T77 PRO的4GB15TD发动机颁发了“能效之星”001号认证。作为国内首款获得第三方机构认证的发动机,这款1.5L涡轮增压引擎的最高热效率达到39.06%。

根据等容加热循环热效率更高以及压缩比越大热效率越高这类热效率理论的指导,奔腾4GB15TD大致采用了以下几项技术:

米勒循环;

11.5:1高压缩比;

350BAR超高压直喷系统;

智能热管理模块:针对不同环境温度和发动机负荷,控制模式智能动态切换使发动机长期工作于最优水温下;

缸盖集成排气歧管:排气歧管内的热废气快速与气缸盖水套进行热交换,提高水温,实现冷启动时的快速暖机;

中置VVT换气技术:进排气双VVT调节,使进入的空气量达到最佳,提高燃烧效率;

低摩擦技术:DLC涂层,采用滚轮摇臂驱动气门,可变刚度气门弹簧,减少配气机构摩擦功损失;

两级可变流量机油泵:可实现机油流量、机油压力按需进行两级控制,可变机油泵解决了传统定量机油泵供油量过剩问题;

电控活塞冷却喷油嘴技术:通过ECU控制电磁阀实现冷却喷嘴是否开启(区别于传统的机械式根据油压控制),发动机热负荷实现活塞冷却系统智能开启、减少活塞不必要的冷却产生的机油流量消耗。

前6项基本围绕等容加热循环进行优化,而后面几项则围绕降低摩擦损耗以提升热效率。

那些枯燥的技术原理就不在这里过多赘述了,不管怎样,此处应该有掌声。

实际使用水准

既然有如此牛X的账面数据,那么是否代表搭载这台发动机的车就一定会很省油呢?

假设你对“最大功率”和“最大扭矩”这两个概念有着足够透彻的理解的话,就知道答案是否定的。对于一款车的极限燃油经济性,搭载一台最大热效率极高的发动机仅仅是其省油的必要不充分条件,而如果只是讨论相对比较省油的车子时,最大热效率极高的发动机甚至是既不充分又不必要条件。

第一,这里面最容易让人忽略的一个概念就是“最大”两个字。还记得上面的等高线图吗?如果从侧面看,就能把BSFC map想象成一座山峰。

有的山虽然山顶海拔很高,但同时也很陡峭,这就相当于最大热效率点极高,但高热效率区间比较窄。而有的山虽然山顶海拔没有那么高,但山顶很宽很平,这就相当于有着极其宽泛的高热效率区间,能在更广泛的转速和扭矩区域去达到高效的燃烧。

相比单纯地追求单一工况的最高热效率,提升并扩大整个高效平台反倒来得更实在。

其次,“山峰”所在位置也非常重要,最大热效率是否能在日常驾驶时更频繁地用上,是提升最终燃油经济性的一大关键。

我向奔腾的工程师要来了一小段4GB15TD的BSFC map,可以看到最高热效率的工况大约在3250rpm/155N·m。总体而言,这样的水准与国际一线的高效发动机不相上下。

以同样为1.5L涡轮增压的大众热效率王牌新机型EA211 EVO为例,最高热效率出现在3500rpm附近,而扭矩则接近150N·m。

至于本田的L15B,最高热效率也出现在大约3250rpm附近,扭矩则相对较低,约在120N·m附近。

除此之外,更重要的是相对高效区的范围。还是以本田的当家1.5T发动机为例,从1250rpm到4000rpm以上,在60N·m到大概170N·m,热效率均超过35%。这也就意味着,不论是日常城市通勤还是高速巡航,这台发动机都能以比较高效的状态进行工作。

不过稍显遗憾的是,截止发稿时,我们都还没有获得奔腾这款发动机全域的BSFC map,因此也就无法看出其日常驾驶的工作范围下效率如何。

而“既不充分又不必要条件”的第二点原因则是,提升热效率是提升燃油经济性的手段,而不是目的。最终目的自然永远是降低油耗(提升排放),所以这就涉及到了整车开发的一套系统工程。

拥有一台高热效率的发动机,仅仅代表你有了上等的原材料。但最终成品好不好吃,还要看主厨对料理的理解够不够深入,技法是否炉火纯青,炊具够不够趁手,甚至下锅时的环境是否理想等等等等。

举个非常简单的例子,前些年也有某自主品牌开发出了热效率极高的量产发动机,但由于匹配的变速箱换挡不平顺,选挡逻辑不合理,发动机提供的积极贡献,全部被拖后腿的标定抵消了,最终一样无法发挥出良好的效果。

从这一点来看,不论是本田搭载的拥有连续变速变矩功能的CVT,亦或是HEV上通过双电机完全解耦发动机的转速与扭矩,都是为了更深入地挖掘高热效率发动机的潜能,而不让其因驾驶席标定或其他原因泯然众人。

写在最后

其实于消费者而言,不管是“最大热效率”还是“最大功率”,最简单的理解就是“不看广告看疗效”。最终油耗和加速成绩这些清晰直观的东西,才能作为选购参考。

不过话又说回来,在新能源大行其道的2020年,我们能看到自主品牌同样在大力投资传统内燃机的研发,不论是从汽车爱好者的角度亦或是考虑到汽车工业未来的发展,都是一件非常令人欣慰的事。

说到这里,要给奔腾及其他认真努力的自主品牌们点个赞。

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