乘用車發動機熱效率問題引熱議 車企應抓住汽車電動化帶來的機遇
日前，吉利汽車宣佈，在發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51％的指示熱效率。其研究成果未來將應用於新一代混動專用發動機。
當前，發動機熱效率再提高已經成爲一件比較困難的事。吉利汽車此舉引起行業廣泛關注。其實，中國消費者在用車過程中最關注的依然是油耗問題。記者瞭解到，提高乘用車發動機熱效率，一直是各大汽車企業正在積極努力的方向。在汽車行業變革的大背景下，潛心鑽研內燃機技術應成爲企業長期堅持的做法之一。
51％的指示熱效率意味着什麼？
作爲傳統汽車的“心臟”，發動機是整車開發的重中之重。發動機的熱效率又被稱爲“發動機有效效率”,是指發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，用以評定發動機的經濟性。發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，是一個由熱能轉化爲機械能的過程。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。
記者瞭解到，豐田的銷量擔當卡羅拉/雷凌雙擎車型，配裝代號爲8ZR的1.8L阿特金森循環自然吸氣發動機，壓縮比達到13:1，發動機最高熱效率達到了40％；凱美瑞傳統燃油版2.0L自然吸氣M20C發動機以及2.5L自然吸氣A25A發動機，壓縮比均爲13:1，最高熱效率也同樣達到了40％。
自主品牌企業近年來同樣在深耕發動機熱效率。一汽奔騰T77 PRO 1.5T發動機的熱效率達到39.06％。2010年廣汽第一代發動機熱效率爲34％。經過十年的發展，2020年廣汽第四代發動機熱效率達到42.1％，其計劃是在2025年前實現熱效率達到45％。長安汽車基於藍鯨NE動力平臺研發的發動機除了滿足國六b的同時，最高熱效率達到40％。
對吉利汽車宣稱“實現51％的指示熱效率”，有行業人士提出了質疑。這位行業人士表示，指示熱效率可以被認爲是理論上可以達到的狀態，即理想效率。這也就意味着發動機在工作過程中具備達到51％熱效率的潛力，但實際並不能夠達到。
記者瞭解到，指示熱效率的“指示”代表“實際循環指示功”，也就是推動活塞所消耗的功。不過，能量從活塞到發動機輸出軸的傳遞過程中，會經過活塞連桿、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。
記者瞭解到，作爲國內自主品牌的先鋒，吉利汽車從2017年率先開發出39％熱效率的增程專用發動機；到2019年自主研發攻克了低壓廢氣再循環（LP EGR）瞬態控制技術，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。此次實現51％的指示熱效率，對行業發展有一定的推動作用。
顛覆發動機燃料類型或許是出路
與外資品牌發動機相比，自主品牌發動機熱效率處在什麼樣位置？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，現在是處在同一起跑線上。
燃燒技術是整個發動機裡最核心的技術。燃燒是一個複雜的系統，會受上百個參數影響，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，活塞往復式發動機誕生百年，整體結構變化不大，在過去50年裡，頂級發動機熱效率提升也不超過10％。記者瞭解到，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——協同燃燒技術，協調設計技術、排氣能量分配技術、分區潤滑技術、智能控制技術。
姚春德認爲，汽車企業在發動機上應用的技術，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的發動機技術基本上都在趨同化，奔馳、大衆、寶馬等外資汽車企業的發動機技術也是趨同化。”他說。
據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，實現了發動機40％的熱效率，也使其成爲當前量產車中熱效率最高的發動機。
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，成爲行業人士推薦的從根本上改變發動機熱效率的一種方式。這是對發動機熱效率最顛覆的一種方式。
“作爲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別於其他燃料的理化特徵，帶來了內燃機腐蝕磨損和低溫冷啓動困難這兩大技術挑戰，進而對耐久性和熱效率產生影響。可喜的是，經過業界一些科技人員十幾年技術攻關，這些方面已經取得進展和突破，並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於武如此表示。
去年，我國相繼發佈了《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》及《新能源汽車產業發展規劃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，中國節能與新能源新車將各佔一半，傳統能源動力乘用車將全部轉化爲混合動力乘用車，以實現汽車產業全面電動化轉型。《節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。
在汽車產業變革進程中，碳中和、碳達峰成爲當下的熱詞。在推動中國2030年碳達峰、2060年碳中和目標實現過程中，如何高效實現節能減排成爲汽車產業面臨的重要任務。因此，如何大幅提升乘用車動力系統的效率，成爲當前國內整車節能亟待解決的技術難題。
姚春德告訴記者，內燃機多年發展的經驗表明，只有混合動力才能滿足環保要求和工信部的油耗要求，“混合動力能夠用電來彌補發動機的一些不足。這樣能讓發動機在工作的時候更加省油、更加具有經濟性。我認爲，混合動力應該是一個非常重要的發展方向。”
記者瞭解到，吉利汽車聯合國內零部件企業和高校在2020年12月成立了中國乘用車動力總成專業委員會（SCP）。作爲SCP牽頭企業，吉利汽車表示已經做好“全面迎接混動時代”的技術準備，其全新一代混合動力系統配裝的專用發動機熱效率超過當前市場上所有在售產品，將於今年下半年正式上市，從而助推全國“雙碳”目標加速實現。
另據瞭解，在比亞迪DM-i混動系統裡，發動機除了熱效率高之外，可以長時間在高效區域運轉。熱效率43.04％的發動機配裝比亞迪高效電管理系統，進一步降低油耗。當前，DM-i系統已經普及秦PLUS、宋PLUS新能源、唐新能源等車型。
姚春德說：“內燃機行業已經是很成熟的行業了。發動機工業是汽車工業的根基。汽車企業應該好好沉下心來研究發動機技術，取得突破。”