最近这几年,很多的汽车品牌,尤其是日系品牌,都喜欢把“热效率”这个词挂在嘴边。热效率究竟是什么,热效率高为什么不完全等效于省油?

简而言之,热效率就是,实际转化成驱动力的能量(机械能),和消耗燃料的当量热量总和的比值,也就是说,燃烧等量的燃料,产生越多驱动力,热效率就越高。

如果我一天什么都不干,只躺在床上,不对外做功,可是人是有基础代谢的,所以我“怠速”一天,虽然感觉啥事儿没干成,可还是可耻地消耗了能量,那么我今天的“热效率”就是零。想到这里,我为今天的碌碌无为感到耻辱了。

下一种情况,我今天发奋图强了,拼了老命跑了一场马拉松,今天的我,对外做了功,热效率肯定不为零。而且可以推算出,同样跑一场马拉松,如果我身体基础代谢率越低,我的“非做功输出”就越低,“做功输出”越高,“热效率”就越高。

对于发动机来说,主要的“基础代谢”有这些:

1、燃烧热量损失:这里又分为两个层面,首先,燃烧越彻底,可用的能量自然越多,缸内直喷、分层燃烧、稀薄燃烧技术就是为了充分利用燃料的能量;第二燃烧时间越长,冷却系就会带走越多热量,热量转化为机械能的损耗就越大,所以各家都在研究快速燃烧技术,务求缩短作功行程的燃烧时间;

2、泵气损失:人的呼吸是通过肌肉发力,在胸腔形成负压来完成吸气,这是需要消耗能量的,发动机的负压吸气同样会消耗发动机能量,增压系统、优化进气道设计、进排气门正时及升程、以及普及阿特金森循环,都能降低泵气损失;

3、压缩行程:大家试着把一个拧紧瓶盖的塑料瓶子捏瘪,就知道压缩空气需要消耗多少力气了,进气门晚关的阿特金森循环,可以减少压缩行程发动机所做的负功;

4、内部摩擦:降低发动机摩擦是提高热效率的有效方法,例如低摩擦涂层、低黏度机油,都是朝这个方向在努力。

目前所有的高热效率发动机,主体优化方向都离不开以上几点。然后问题来了,提高了发动机做功的效率,就代表省油吗?并不尽然。“最高热效率”并不等于“实际热效率”。

试想一个住在山区的人,每天放飞自我,“随机”地在这个山区里奔跑。这个人的“实际活动高度”,不取决于最高峰的高度,而取决于山区的地形,还有他在该地形的活动范围。

发动机的热效率图谱就像是一个山区,“最高”热效率只是最高峰的山尖。决定“实际热效率”的,是热效率分布(山区地形),还有传动系统匹配(决定不同负载下发动机所处工况)。

如果高燃效区间足够宽广,并且能够大范围地覆盖日常使用工况,那么这款发动机的实际省油本领就很高,反之,如果高燃效区间达成条件苛刻,那这款发动机的实际油耗可能就不低。

不同设计特性的发动机,优秀燃油经济性的区间可以相差甚远。一款热效率高的发动机,也并必然能推导出搭载它的车型,在任何工况下都省油。

以我刚做完最新一代雅阁和凯美瑞的油耗对比测试为例。两款车的发动机最大热效率比较接近(雅阁38.5%,凯美瑞40%)。雅阁高速公路巡航油耗比凯美瑞低约10%,因为这个低转速低负载区间,是涡轮增压发动机的强项(泵气损失、摩擦损失较小)。

而凯美瑞在繁忙城市工况,又比雅阁省油15%左右,因为在频繁变负载工况,凯美瑞的发动机可以落在宽广的高燃效区间。(我会在两款车的对比评测视频里给出更详尽的分析,请关注大家车言论公众号的更新)

传动系统的匹配也很重要,好的传动系统,可以更好地调节发动机的工况,让它处在高燃效区。例如丰田凯美瑞2.5和混动车型,前者发动机最高热效率只比后者低了1%,可混动版油耗要比纯内燃机版节省将近一倍,这就是丰田混合动力系统动力分割机构的功劳了。

颜色越深的“圈”代表热效率越高,紫色是混合动力系统中,内燃机的工作范围,蓝色是匹配CVT变速箱,绿色是匹配AT变速箱,可见混动系统可以让发动机完全处在高燃效区间,CVT则几乎和所需功率下最省油的工况运作(图中深蓝色折线),AT则要发散一点。

为什么欧系品牌不怎么宣传热效率?首先还是欧洲品牌从来都不喜欢将“省油”当作最大卖点。的确,百公里油耗省1升汽油,10万公里下来也就省个7000人民币的油钱。这对于并不精打细算的欧洲人民来说,省油的意义并没有日本人那么大。

第二是高热效率区间的取得范围,一般是在发动机最高转速的40~50%,最高负载的70~90%的范围。这个发动机工作范围,对于欧系车的油耗测定循环NEDC来说,基本没有意义。NEDC循环的测定工况基本就是“佛中佛系”的驾驶风格,发动机负载极低,只要专心优化发动机最高转速30%,最高负载40%以内的燃效表现,就能够在NEDC上取得好成绩。

当然,“惟NEDC马首是瞻”的KPI制度,也让不少欧系品牌发明了一些取巧应试的旁门左道,甚至深陷“xx门”的丑闻。

而日系车既然要以“省油”为目标,那必须要提出一个严格控制变量的可视化指标。你说油耗,不同国家不同测定标准,测出来的结果不尽相同,而且和实际驾驶开出来的油耗很难符合,这肯定不严谨;那实际油耗呢,不同人不同驾驶风格,还有不同的路况,这都会影响到实际油耗,是一个浮动量巨大、几乎没有说服力的数据。

想来想去,还是热效率这个指标最好。它本来作为内燃机性能指标长期存在不用科普,而且“百分比”这个单位,足够直观、易于理解,再加上热效率这个指标,就是发动机的一个性能参数,如同“最大功率”“最大扭矩”一样,不受外部变量影响。

种种原因叠加,热效率就成为了一个超级洗脑的热词了。一句话总结,热效率高,一定是一个汽车品牌发动机技术实力的体现。高热效率能不能换来优异的油耗表现,还要和具体车型、用车习惯、路况结合具体分析了,就像“智商高”不一定等于“事业有成”。但可以肯定的是,高一定比低好……

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