中國(guó)靠什么造出先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)？

一提發(fā)動(dòng)機(jī)，言必稱功率、扭矩，似乎這些數(shù)據(jù)才能表明一臺(tái)發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的“熱效率”達(dá)到37.1%，并號(hào)稱“中國(guó)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(dòng)機(jī)的新指標(biāo)？

▲奇瑞公布的E4T15B發(fā)動(dòng)機(jī)“熱效率”達(dá)到37.1%

發(fā)動(dòng)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(guó)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(dòng)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(shuō)）

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(dòng)機(jī)，熱效率達(dá)到了驚人的40%。這款發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的“全球最高水平”（這款發(fā)動(dòng)機(jī)與混動(dòng)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(dòng)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(shuō)，“壓燃”方式可以把汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率提高到50%左右。

汽油發(fā)動(dòng)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(guó)家戰(zhàn)略”層面，是日本汽車廠商與科研人員聯(lián)合起來(lái)，“代表日本，與世界展開競(jìng)爭(zhēng)”的一個(gè)目標(biāo)。

在提高發(fā)動(dòng)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(huì)（AICE）”，在2014年啟動(dòng)了提高發(fā)動(dòng)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(lái)自各個(gè)車企，一半來(lái)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(lái)，進(jìn)行發(fā)動(dòng)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(guó)家層面的戰(zhàn)略性創(chuàng)新行動(dòng)。

事實(shí)上，“革新性燃燒技術(shù)”是日本政府推動(dòng)的國(guó)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(guò)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(dòng)機(jī)的熱效率？熱效率到底能代表什么？

內(nèi)燃發(fā)動(dòng)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(dòng)活塞上下運(yùn)動(dòng)，活塞再通過(guò)連桿，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，汽車的動(dòng)力正是來(lái)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(dòng)機(jī)的熱效率。用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車，完全是“因熱而動(dòng)，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(dòng)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(huì)落后。

日本把發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)，除了豐田新的2.5升自吸發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)，是2014年開始推出的“高熱效率發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)，熱效率在36%左右

對(duì)了，大眾的目前的主力發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)熱效率可以達(dá)到37.5%，將來(lái)可能會(huì)替代1.4T成為新的主力發(fā)動(dòng)機(jī)。

這樣看來(lái)，奇瑞新款1.5T發(fā)動(dòng)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(jī)，這也是目前中國(guó)品牌中已經(jīng)量產(chǎn)的熱效率最高的發(fā)動(dòng)機(jī)。

奇瑞的這款發(fā)動(dòng)機(jī)是怎么提高熱效率的？

先來(lái)看看發(fā)動(dòng)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(shuō)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(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)尾氣管排走了；同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)都有散熱系統(tǒng)，隨時(shí)通過(guò)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(dòng)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(dòng)部件之間的摩擦，也會(huì)消耗一部分能量，比如活塞與氣缸壁之間會(huì)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(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣過(guò)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(huì)從各種途徑損失掉，只有小部分轉(zhuǎn)化成有效動(dòng)力

提高發(fā)動(dòng)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(dòng)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(duì)現(xiàn)在主流技術(shù)的優(yōu)化。

一是對(duì)渦輪部分的優(yōu)化。這款發(fā)動(dòng)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(duì)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(dòng)機(jī)“進(jìn)氣”方面可以幫忙。

▲奇瑞新的1.5T發(fā)動(dòng)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(huì)升溫，高溫空氣進(jìn)入氣缸會(huì)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(dòng)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(dòng)機(jī)的大腦，它收集各種傳感器的信號(hào)，并控制著發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(lái)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(dòng)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(dòng)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(guó)品牌造出先進(jìn)發(fā)動(dòng)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(guó)汽車巨頭的操縱之下，曾對(duì)中國(guó)品牌汽車搞過(guò)“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(guó)汽車公司提供渦輪增壓器）。時(shí)過(guò)境遷，中國(guó)品牌汽車迅速成長(zhǎng)，在行業(yè)中的話語(yǔ)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(guó)汽車公司做生意，也愿意把新技術(shù)帶來(lái)，與中國(guó)汽車公司分享。

日本汽車廠商的“連橫”，意在搞發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒方面的基礎(chǔ)研究，一旦有所突破，會(huì)帶來(lái)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(wèn)題，以我們目前在發(fā)動(dòng)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(guó)的汽車廠商，通過(guò)“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(dòng)機(jī)。