媲美合资的国产“能效之星”是怎么炼成的

这是汽车发动机领域的第一个自愿性认证,意味着发动机的热效率迎来了统一的评测标准

历史的前进总能从微小之处显现。譬如,从发动机热效率的演进中,我们可以窥见160年来发动机技术的提升。

1860年,法国人勒努瓦发明了世界上第一台内燃机,它通过煤气燃烧产生热能和动力,压缩比为1,热效率为4.5%,低于当时的蒸汽机水平。

1876年,德国工程师奥托研制出第一台四冲程煤气内燃机,压缩比达到2.5,热效率达到14%,超过蒸汽机的同期水平。

1883年,戴姆勒和迈巴赫联手造出了世界第一台立式四冲程汽油机,内燃机热效率历史性地提升到15%,1894年又提高到20%。

此后多年,汽油机热效率都没有太大的进步。1926年瑞士人布希引入了废气涡轮增压理论、1950年直喷技术原型开始出现,但汽油机热效率进步缓慢。

直到1990年,电喷系统才给汽油机热效率带来了明显改善。到了2000年,发动机精确喷油下的热效率才达到30%。

可以说,发动机热效率的提升就是一代又一代工程师对发动机技术精益求精的历史,是一条重要的汽车工业发展脉络。

而近年来,国产发动机的研发也取得了巨大进步,尤其是家用小排量发动机的进步非常明显,已达到国际先进水平。

5月12日,一汽奔腾T77 PRO搭载的1.5T发动机得到中汽研华诚(CATARC)热效率认证,获得“能效之星”001号认证证书,其最高有效热效率达到39.06%。

这是自主量产涡轮增压发动机通过第三方权威认证的最高水平,也是国内针对发动机热效率的首个第三方权威认证。

同级多在28%-33%

什么是发动机热效率?

热效率即发动机内汽油燃烧输出的机械功与发动机燃料燃烧产生能量的比值, 反映的是发动机从燃油转换成动力的一种能力。

比如,一台发动机的最高有效热效率为39%,这就意味着发动机在运行时消耗的燃油中有39%的能量转化为实际输出动力,而另外61%的能量则因机械阻力损耗、排气损耗、冷却损耗、泵气损耗等各种形式的损耗浪费掉了。

理论上讲,发动机的热效率越高,燃油转化就越高效,在输出相同动力的情况下,耗油越少,也就越省油。

中汽研汽车检验中心(天津)有限公司发动机室主管工程师李腾腾称,“一辆汽车发动机的热效率从35%提升到39%,在加满油的情况下,汽车的续航里程可以从500公里提升到550公里。”

所以说,发动机热效率不但是衡量发动机技术水平的一个重要数据,也是衡量发动机经济性一个重要指标。

在2019年“中国心”十佳发动机评比中,小排量涡轮增压组别中的三款发动机,热效率的表现都非常优秀:奇瑞瑞虎8的ACTECO1.6T热效率37.1%,长安逸动PLUS的蓝鲸1.4T发动机热效率37.6%,海马1.6TGDI发动机热效率37%。

一汽奔腾T77 PRO 1.5T 发动机的热效率超过39%,在1.5L排量发动机中最高。而目前市场常见同级发动机的热效率多在28%-33%。

奔腾是怎么做到的

作为行业里第一个获得CATARC认证能效之星,奔腾T77 PRO在行业里树立了一个标杆,它是怎么做到超高热效率的?

奔腾T77 PRO搭载的发动机已经是第三代产品,被称为“智擎魔方”。这款发动机除了具备超高压缩比,还采用了米勒循环、350bar超高压直喷系统、低摩擦技术等多个先进技术。

压缩比反映气缸气体被压缩的程度,在气缸内油气被压缩得越厉害,膨胀时产生的能量也就越大,从而也就越能够获得更高的动力和更强的爆发力。但高压缩比会提升发动机爆震的风险,对油品的要求会较高,一般要求加注95号或98号油,同时也会带来零件成本、整车成本、用车成本的上涨。

奔腾T77 PRO发动机压缩比高达11.5,但它采用米勒循环搭载350bar三次喷射系统,同时配合马蹄形活塞解决了爆震问题,只需要加注92号汽油就可以满足各种驾驶工况,有效降低了成本。

而米勒循环技术使膨胀比大于压缩比,能最大限度将热能转化为机械能,达到提发动机燃油效率,从而降低燃油消耗的目的。

博世350bar高压直喷系统的加持则实现了喷油器在高压力低脉宽的情况下的精准喷射,使油滴纳米级雾化,燃烧更充分。

T77 PRO发动机还采用了DLC 涂层、滚轮摇臂驱动气门、可变刚度气门弹簧等低摩擦技术,进一步减少燃油消耗,提高燃油经济性。

该发动机拥有智能热管理模块,可以针对不同环境温度和发动机负荷,控制模式智能动态切换使发动机长期工作于最优水温下,减少热能损失,降低整机油耗。

而其配备的两级可变流量机油泵则可以实现机油流量、机油压力按需进行两级控制,可变机油泵解决了传统定量机油泵供油量过剩问题,工况油耗可以降低1.8%。

冷启动后发动机温度过低,是油耗上升的一个重要原因,尤其是冬天刚启动时不但动力差而且油耗高,这时候就需要快速提升水温,除了智能热管理模块,气缸盖集成排气歧管技术也发挥了作用。

排气歧管内的热废气可以快速与气缸盖水套进行热交换,提高水温,实现

冷启动时的快速暖机;发动机正常运转时缸盖水套还可以对排气歧管进行冷却,从而降低了涡轮增压器的进气温度,进一步提高发动机增压值;集成排气歧管技术还缩短了涡轮管路长度,让涡轮响应更快。

T77 PRO发动机还采用了电控活塞冷却喷油嘴技术,通过ECU控制电磁阀实现冷却喷嘴是否开启,发动机热负荷实现活塞冷却系统智能开启、减少活塞不必要的冷却产生的机油流量消耗,实现整车油耗降低。

值得一提的是,这种智能活塞冷却喷嘴技术,国内自主企业基本没有应用,合资企业仅有部分应用。

此外,T77 PRO发动机还采用了中置VVT换气技术,带来更大扭矩、更低油耗。

首个乘用车能效认证标准

随着越来越严格的排放法规以及人们节能意识的加深,高能效、低排放汽油发动机技术已经成为发展的方向。

有些新技术已在量产发动机上得到广泛应用,如可变气门正时、可变排量机油泵、缸盖集成排气等技术,有些正处于发展和完善阶段,有可能成为未来内燃机技术的发展方向,比如 EGR、混合喷射、停缸等。

不过,市场上对汽车发动机热效率标准并没有统一的规定,消费者选购车辆时看到的数据只能来自汽车厂家的宣传。

在此背景下,CATARC认证制定了全行业首个乘用车油耗试验标准——《乘用车用汽油机能效认证》,通过相应的试验测试,最高有效热效率≥38%的发动机将获得该项认证。

这是汽车发动机领域的第一个自愿性认证,意味着发动机的热效率迎来了统一的评测标准。这项认证不仅是对企业发动机技术的一种肯定,更是鼓励行业聚焦汽车核心技术研发。

在一汽奔腾之后,必将有更多企业参与到发动机热效率认证中来。尤其国产发动机这些年的研发进步,也需要这样一个平台更好地展示给消费者。