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中國靠什么造出先進(jìn)發(fā)動機(jī)?

放大字體??縮小字體 發(fā)布日期:2017-04-13??來源:中國機(jī)電產(chǎn)品交易網(wǎng)??作者:邢學(xué)海
核心提示:一提發(fā)動機(jī),言必稱功率、扭矩,似乎這些數(shù)據(jù)才能表明一臺發(fā)動機(jī)的水準(zhǔn),所以,當(dāng)奇瑞宣布新推出的1.5T汽油發(fā)動機(jī)的“熱效率”達(dá)到37.1%,并號稱“中國第一”時(shí),很多人感到新鮮和疑惑:為什么提“熱效率”?這是發(fā)動機(jī)的新指標(biāo)?
  一提發(fā)動機(jī),言必稱功率、扭矩,似乎這些數(shù)據(jù)才能表明一臺發(fā)動機(jī)的水準(zhǔn),所以,當(dāng)奇瑞宣布新推出的1.5T汽油發(fā)動機(jī)的“熱效率”達(dá)到37.1%,并號稱“中國第一”時(shí),很多人感到新鮮和疑惑:為什么提“熱效率”?這是發(fā)動機(jī)的新指標(biāo)?
 
  ▲奇瑞公布的E4T15B發(fā)動機(jī)“熱效率”達(dá)到37.1%
 
  發(fā)動機(jī)熱效率,不是什么新鮮概念,相反,它是比功率、扭矩更基礎(chǔ)的一個(gè)概念。雖然這在中國的汽車傳媒圈兒不算熱詞,日本專業(yè)媒體卻是常年掛在嘴邊——“熱效率”,是業(yè)界衡量發(fā)動機(jī)技術(shù)水平的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。(什么是熱效率?容下文慢慢細(xì)說)
 
  日本汽車界最近關(guān)于“熱效率”的熱點(diǎn)話題,是豐田去年底公布了一款全新設(shè)計(jì)的2.5升自然吸氣汽油發(fā)動機(jī),熱效率達(dá)到了驚人的40%。這款發(fā)動機(jī)的亮點(diǎn)是使用了“高速燃燒”技術(shù),而熱效率40%,是目前量產(chǎn)汽油發(fā)動機(jī)的“全球最高水平”(這款發(fā)動機(jī)與混動系統(tǒng)搭配,熱效率還能再高一點(diǎn),能到41%)。
 
  ▲豐田最新的2.5升自然吸氣汽油發(fā)動機(jī)最大熱效率達(dá)到40%,是目前全球最高水平
 
  日本的豐田和馬自達(dá)公司,正在積極研發(fā)“HCCI”(大意為“均質(zhì)壓燃”),這種技術(shù)不用火花塞點(diǎn)火,而是用類似柴油機(jī)的“壓燃”方式,據(jù)說,“壓燃”方式可以把汽油發(fā)動機(jī)的熱效率提高到50%左右。
 
  汽油發(fā)動機(jī)熱效率達(dá)到50%,不光是日本某個(gè)汽車公司的目標(biāo),它已經(jīng)上升到日本“國家戰(zhàn)略”層面,是日本汽車廠商與科研人員聯(lián)合起來,“代表日本,與世界展開競爭”的一個(gè)目標(biāo)。
 
  在提高發(fā)動機(jī)燃燒效率方面,日本汽車廠商不是單打獨(dú)斗,而是選擇了聯(lián)合研發(fā)。由日本豐田、本田、日產(chǎn)、鈴木等八家車企和一家研究所共同成立的“汽車內(nèi)燃機(jī)研究協(xié)會(AICE)”,在2014年啟動了提高發(fā)動機(jī)燃效和消減尾氣排放的基礎(chǔ)研究,研究經(jīng)費(fèi)一半來自各個(gè)車企,一半來自日本產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)省。
 
  ▲日本主要汽車廠商聯(lián)合起來,進(jìn)行發(fā)動機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)的研究
 
  這項(xiàng)基礎(chǔ)研究中,更有日本東京大學(xué)、早稻田大學(xué)等一流大學(xué)的參與,所以,這是一項(xiàng)日本“產(chǎn)、學(xué)、官”結(jié)合的國家層面的戰(zhàn)略性創(chuàng)新行動。
 
  事實(shí)上,“革新性燃燒技術(shù)”是日本政府推動的國家戰(zhàn)略項(xiàng)目中的一個(gè)部分,這個(gè)項(xiàng)目正是與上述AICE合作進(jìn)行。通過這一項(xiàng)目,把日本汽車廠商和大學(xué)的研究人員集結(jié)在一起,向熱效率50%這一世界性難題發(fā)起挑戰(zhàn)。
 
  日本人為什么特別重視發(fā)動機(jī)的熱效率?熱效率到底能代表什么?
 
  內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的工作原理,是把燃油燃燒產(chǎn)生的熱量,轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。燃油在氣缸內(nèi)爆燃,推動活塞上下運(yùn)動,活塞再通過連桿,帶動曲軸轉(zhuǎn)動起來,汽車的動力正是來源于此。燃油燃燒產(chǎn)生的熱能,真正能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的目前只有百分之三十幾,大部分都被排放或消耗掉了。
 
  轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能,與燃油燃燒產(chǎn)生的能量之間的比例,就是所謂發(fā)動機(jī)的熱效率。用發(fā)動機(jī)驅(qū)動的汽車,完全是“因熱而動,因熱而停”(剎車是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能),熱效率,正是衡量發(fā)動機(jī)效率最基礎(chǔ)的一個(gè)數(shù)據(jù),其它的諸如功率、扭矩,都是建立在這一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上。這好比數(shù)學(xué)是基礎(chǔ)學(xué)科,數(shù)學(xué)水平不行,物理、化學(xué)、軟件、統(tǒng)計(jì)等等學(xué)科注定會落后。
 
  日本把發(fā)動機(jī)的熱效率放到這么高的位置上去研究,道理正是如此。
 
  再接開頭的話題,奇瑞汽車宣布新款的1.5T發(fā)動機(jī),熱效率達(dá)到了37.1%,這是一個(gè)什么水平呢?
 
  從全球范圍看,目前各汽車廠商的主力發(fā)動機(jī),除了豐田新的2.5升自吸發(fā)動機(jī)和本田新的1.5T(L15B7,熱效率38%)個(gè)別尖子生,熱效率多在33%到37%這一區(qū)間。豐田目前大規(guī)模裝車的1.2T和2.0T發(fā)動機(jī),是2014年開始推出的“高熱效率發(fā)動機(jī)群”中的兩款,熱效率在36%左右;同期推出的1.3升和1.5升自然吸氣發(fā)動機(jī),熱效率達(dá)到了38%(渦輪機(jī)的熱效率低一些,是因?yàn)橐苊庠鰤簳r(shí)發(fā)生爆震,設(shè)定了比較低的壓縮比)。
 
  ▲豐田目前的主力渦輪增壓汽油發(fā)動機(jī),熱效率在36%左右
 
  對了,大眾的目前的主力發(fā)動機(jī)1.4T(EA211),熱效率是37%;據(jù)報(bào)道,大眾研發(fā)的新1.5T發(fā)動機(jī)熱效率可以達(dá)到37.5%,將來可能會替代1.4T成為新的主力發(fā)動機(jī)。
 
  這樣看來,奇瑞新款1.5T發(fā)動機(jī)(E4T15B)的熱效率達(dá)到37.1%,確實(shí)是個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的成績,這也是目前中國品牌中已經(jīng)量產(chǎn)的熱效率最高的發(fā)動機(jī)。
 
  奇瑞的這款發(fā)動機(jī)是怎么提高熱效率的?
 
  先來看看發(fā)動機(jī)工作時(shí),“熱”是怎么丟掉的。
 
  首先,汽油在氣缸內(nèi)是不能完全燃燒的,燃燒不充分,就說明有一部分汽油的能量并沒有轉(zhuǎn)化成熱能。
 
  汽油在氣缸內(nèi)燃燒后,只有一小部分熱能轉(zhuǎn)化成發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動的機(jī)械能,大部分都浪費(fèi)掉了。最直觀的浪費(fèi),是排氣時(shí)通過尾氣管排走了;同時(shí),發(fā)動機(jī)都有散熱系統(tǒng),隨時(shí)通過冷卻液的循環(huán),把熱量帶到散熱器中讓風(fēng)吹走。這兩部分熱量的損失你心疼也沒辦法,只要發(fā)動機(jī)正常工作,就要眼睜睜地看著寶貴的熱量消失在風(fēng)中。
 
  氣缸內(nèi)運(yùn)動部件之間的摩擦,也會消耗一部分能量,比如活塞與氣缸壁之間會高速摩擦,機(jī)械能又轉(zhuǎn)化成熱能流失了。
 
  還有就是發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣過程中造成的能量損失,所謂“泵氣損失”。
 
  ▲汽油燃燒之后產(chǎn)生的熱能,會從各種途徑損失掉,只有小部分轉(zhuǎn)化成有效動力
 
  提高發(fā)動機(jī)的熱效率,主要努力方向,一是控制“燃燒”,讓汽油盡可能地充分燃燒;二是降低機(jī)械摩擦;三是改善進(jìn)氣和排氣。
 
  從奇瑞目前披露的資料看,這款E4T15B發(fā)動機(jī)并沒有采用“超高壓縮比”、“稀薄燃燒”等前沿技術(shù),甚至沒有引入時(shí)下流行的“缸內(nèi)直噴”,它達(dá)到高燃效的途徑,更多地是對現(xiàn)在主流技術(shù)的優(yōu)化。
 
  一是對渦輪部分的優(yōu)化。這款發(fā)動機(jī)的渦輪是與全球渦輪主要供應(yīng)商霍尼韋爾共同開發(fā)的,亮點(diǎn)是采用了低摩擦的軸承和低慣量的渦輪等,目的是為了讓渦輪響應(yīng)速度更快,壓縮氣體的效率更高。
 
  渦輪增壓,對于熱效率提升的主要貢獻(xiàn)是減少“泵氣損失”——渦輪增壓,就是把利用排氣的能量,把新鮮空氣壓縮后向氣缸里輸送,在發(fā)動機(jī)“進(jìn)氣”方面可以幫忙。
 
  ▲奇瑞新的1.5T發(fā)動機(jī)的渦輪部分,是與霍尼韋爾共同開發(fā)的
 
  還有就是采用了與進(jìn)氣歧管集成在一起的水冷式中冷器,這套中冷器是與全球汽車零部件主要供應(yīng)商法雷奧合作開發(fā)的。渦輪增壓必備中冷器,因?yàn)榭諝庖粔嚎s就會升溫,高溫空氣進(jìn)入氣缸會惡化燃燒效果。水冷式就比風(fēng)冷式散熱效率高,中冷器跟進(jìn)氣歧管集成,可以縮短進(jìn)氣管路——總之,“水冷”加“短進(jìn)氣管路”,在降低“泵氣損失”和改善燃燒方面有效果。
 
  發(fā)動機(jī)的ECU是與汽車電子巨頭博世合作開發(fā)的。ECU相當(dāng)于發(fā)動機(jī)的大腦,它收集各種傳感器的信號,并控制著發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣、噴油、點(diǎn)火、排氣等,ECU是不是足夠“聰明”,直接決定著發(fā)動機(jī)的工作效率。
 
  從奇瑞披露的這些資料中,我們大致可以看出:奇瑞在發(fā)動機(jī)方面的路數(shù),就是與供應(yīng)商合作開發(fā),渦輪、中冷、ECU之類的重要技術(shù),都來自于幾個(gè)全球主要的零部件供應(yīng)商。
 
  日本汽車廠商在提高發(fā)動機(jī)燃效方面,用的是“連橫”策略;奇瑞聯(lián)合各零部件廠商開發(fā)新的發(fā)動機(jī),用的則是“合縱”的辦法。奇瑞的這種做法,似乎是目前中國品牌造出先進(jìn)發(fā)動機(jī)一個(gè)不錯(cuò)的思路。很多汽車先進(jìn)技術(shù)都掌握在零部件供應(yīng)商手中,這些供應(yīng)商在各自的領(lǐng)域內(nèi)深耕多年,有著很深的造詣。與優(yōu)秀的供應(yīng)商合作開發(fā),可以把一些先進(jìn)的技術(shù)“整合”到一起,也算是一種捷徑吧。
 
  一些全球重要零部件供應(yīng)商在某些跨國汽車巨頭的操縱之下,曾對中國品牌汽車搞過“技術(shù)封鎖”(某知名渦輪增壓器供應(yīng)商就在某巨頭授意之下,曾拒絕向某中國汽車公司提供渦輪增壓器)。時(shí)過境遷,中國品牌汽車迅速成長,在行業(yè)中的話語權(quán)不斷提升,這些全球零部件巨頭現(xiàn)在非常樂意跟中國汽車公司做生意,也愿意把新技術(shù)帶來,與中國汽車公司分享。
 
  日本汽車廠商的“連橫”,意在搞發(fā)動機(jī)燃燒方面的基礎(chǔ)研究,一旦有所突破,會帶來熱效率方面的一個(gè)大提升。這種“團(tuán)結(jié)”精神實(shí)在讓人羨慕,但貌似也不好模仿(倒不完全是能不能“團(tuán)結(jié)”的問題,以我們目前在發(fā)動機(jī)方面的技術(shù)積累和相關(guān)的基礎(chǔ)科研水平,要自力更生追趕世界一流尚需時(shí)日)。我們能期待的,就是中國的汽車廠商,通過“合縱”的辦法,跟世界一流的零部件供應(yīng)商合作,引入新的技術(shù)和研究成果,早日造出世界一流的發(fā)動機(jī)。

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