發動機熱效率是什麼鬼？

大家可能在網上經常看到熱效率這個詞。各大汽車廠商，尤其是日系都在拼這個熱效率。誰的熱效率高，誰的發動機就很牛。也確實如此，熱效率是一臺發動機性能好壞的最最最基礎的一個指標。但是這個指標只能評價一臺發動機，而不能綜合的去評估一臺整車性能。比如一臺車上的發動機的熱效率是目前市場上最優秀的，但是這臺車的動力傳動系統匹配的不是很好，比如變速箱的一些機械損失大，還有換擋邏輯標定的也不是很優化，再加上整車用料也不是很先進，所以只是發動機的熱效率高，對於提高整車性能來講也起不了多大作用。

內燃機實際上是一個能量轉換的裝置，它是把燃料在汽缸內燃燒產生的熱能通過爆炸形式推動活塞向下，從而轉換為曲軸旋轉的機械能，之後通過傳動系統傳遞倒車輪驅動汽車行駛的。簡單來說就是熱能轉換為機械能的一種裝置。

但是，在燃料燃燒產生熱能這個過程中，並不是所有的熱能都能用於轉換為機械能。比如說燃料燃燒，產生了100份熱能，最終只有30份是有效的。此時的熱效率，就是30%。

不知道我是不是說明白了，還是拿數字說吧。比如在發動機做功的時候，汽缸裡的燃料爆炸燃燒產生了10000焦耳的熱量，但是隻有3000焦耳的能量可以有效的輸出。熱效率就是30%。有人問，你打的這個比方，熱效率怎麼才30%？能不能多說點？其實內燃機的熱效率也差不多就是這個數字。現在很多下大力氣研發發動機的廠家有一些能高點，比如奇瑞的第三代發動機熱效率能超過37%；大眾目前主流的發動機也能夠達到37%，本田的1.5T的那款地球夢能夠達到38%，豐田最近那款2.5L發動機，就是裝在第八代凱美瑞上的那款，熱效率能夠達到41%。另外還有就是馬自達採用了第三代創馳藍天技術的發動機，據說能超過50%。大家可能還沒什麼概念，很多發動機如果能達到37%、38%就已經很驕傲了。何況是豐田馬自達的這些41%甚至超過50%的。如果一臺發動機能夠提高1%的熱效率，那也是屬於非常大的一個技術突破。

奇瑞第三代發動機

顯而易見的，汽車廠商都這麼如飢似渴的追求提高熱效率，無非就是為了省油、環保。但是車廠在推廣自己車輛搭載的發動機時提到的熱效率，一般都是發動機在整個運行過程中的最高熱效率。什麼意思？就是一臺發動機，比如廠家說熱效率是38%，它在臺架上從啟動到怠速，然後一點一點加油加到最高轉速。在這個過程中，只有一個轉速點或者是範圍，它的熱效率能夠達到38%。並不是整個這個範圍都是38%。另外還有一點，就是發動機的熱效率是這麼高，但是還要和變速箱匹配，包括行駛系統，車重，甚至駕駛習慣。這些因素都要考慮進去，才能決定一臺車性能的好壞。所以我們看到有人在測評一臺發動機熱效率很高的車輛時候，測出的結果並不省油。當然了，如果單論發動機的話，工程師們以提高熱效率為己任，還是非常非常有必要的。

現在的發動機熱效率都這麼低，燃料產生的熱能都去哪了，或者說是怎麼浪費掉了。接著往下看，就是通過這幾類損失給浪費掉了。

燃燒損失，燃料在氣缸裡燃燒，它肯定不會百分之百都能把進入氣缸裡的燃料全部燃燒完。排氣管子排出的尾氣，肯定或多或少的都會有因為沒燒完產生的物質。這種情況就是燃燒損失。汽缸裡的燃料燃燒的完全或者不完全，是與很多因素有關的。比如說燃料在汽缸裡燃燒，得需要空氣，這個空氣和燃料的比例很重要。汽油機理想的比例是14.7：1，就是把1個質量單位的汽油完全燃燒，需要14.7個質量單位的空氣。所以對發動機進的空氣和噴的燃油進行精確控制。比如電子控制燃油噴射系統，採用各個傳感器檢測進氣量，然後通過電腦計算出噴油量，控制噴油器噴油。

剛才說的14.7：1，是理論空燃比.在實踐中是無法達到的，只能儘量去往這個數值上努力控制。話又說回來，如果控制的非常接近這個數值，或者說從理論上到了這個數值，發動機的動力性肯定會有相應的降低的。也就是說在混合比控制這塊，燃油經濟性和動力性是有矛盾的。比如說急加速的時候，系統肯定不能往14.7這個理論空燃比附近控制。就像燒鍋爐要讓火快點燒起來，得多添點兒煤。

所以說在發動機需要動力輸出的時候，它的熱效率肯定不能讓它達到最高。關於空燃比這方面的知識，請大家點擊

工程師們為了降低燃燒損失，同時又儘可能地提高動力性。採取了一系列措施，比如將進氣道噴射發展成缸內直接噴射；還有增加進氣和排氣效率的可變氣門正時和升程系統；還有提高充氣效率的增壓系統。當然了，最基本的就是要嚴格的控制噴油時間和點火時間。還有精確控制噴油壓力等等。剛才說的這些，都是為了降低燃燒損失，提高熱效率的一些舉措。

我們來看看泵吸損失，這個在內燃機中也是不可避免的，先簡單的說一下什麼是泵吸損失。我們小時候經常玩醫生打針用的那個針筒，如果你往外拉或者是推那個針筒活塞都會感到阻力的。這時候你把針頭裝上，這個阻力就更大了。汽缸裡也是一樣，在進氣和排氣行程，進排氣門打開的幅度有限，在活塞下行和上行的時候就會有阻力。這就是泵吸損失。為了減少泵吸損失，適時地改變氣門開閉時間和打開的程度，也就是可變氣門正時和升程能緩解這個問題。另外，進氣道最前邊的節氣門和空濾也會造成泵吸損失。空濾沒辦法必須要有的。節氣門的話，通過電子控制可以適時地打開或關閉，尤其是在直噴發動機上都在使用。另外寶馬的電子氣門系統也是可以通過控制節氣門全開（使用氣門，氣門，氣門打開的大小來控制進氣量）來減少泵吸損失。

機械損失，發動機裡邊活塞連桿曲軸運轉，也就是曲柄連桿機構運轉，都是零件之間有摩擦的。一摩擦就有阻力，這樣就會造成機械損失，包括活塞、缸筒之間的摩擦，連桿和活塞之間的摩擦，連桿和曲軸，曲軸和大瓦之間的摩擦。所以，這時候潤滑油的潤滑效果就決定了這種機械損失的程度。當然潤滑油只是其中一個方面，還有潤滑系統包括機油泵的設計方面也有。剛才說的是曲柄連桿機構，上邊的氣門的開閉，是怎麼動作的？實際上它都是來自於活塞做功下行的動力。通過正時皮帶或者鏈條驅動凸輪軸而帶動的。在這個過程中都會有動力損失。包括凸輪軸頂動氣門彈簧的力，凸輪軸和搖臂之間的摩擦等等等等。發動機工程師們要想降低這些機械損失，除了潤滑方面要不斷優化，還有使用輕量化的零部件，就是又輕又結實的材料。另外，發動機的整體溫度也對機械損失有所影響。

冷卻損失，內燃機屬於熱機的一種，熱機熱機，必須要夠熱才有足夠的能量。但是也不能太熱，太熱就該把零部件燒壞了。所以這也是一個大矛盾。需要一個合適的冷卻系統來對內燃機進行散熱。比如在冷車的時候，這套系統要能夠快速讓溫度上來。溫度高的時候又能充分保護機件不過熱。現在的發動機很多也都用電腦來控制，比如雙節溫器，電子水泵等等。還有對冷卻水道的優化設計，在保證發動機不過熱的前提下，讓冷卻損失降到最低。

排氣損失，這個原理就和泵吸損失比較相似，活塞上行排氣的時候，排氣門開啟幅度有限，就會對活塞上行造成阻力。這個問題也是通過可變配氣相位和氣門升程來解決。另外排氣管裡的三元催化和消聲器都會影響排氣是否通暢。所以很多改裝車提升動力都會加粗排氣管，改裝消音器。