技术｜探究百年热效率，丰田4次夺魁，但它才是当世第一
今天要带大家探究的是“发动机热效率进化史”，干货十足而且没有中间广告，让你清楚的知道，你的爱车油耗是怎么从百年前的几十升每百公里降低到现在的5、6升每百公里，更让你清楚的知道，未来汽车油耗极限到底是多少？
1776年，
热效率从2%的蒸汽机起步
在铲史之前，先给吃瓜群众们扒一扒发动机热效率是个啥东东：简单点讲，发动机工作时只有一部分燃料热量转化为有效推动能量，这个有效推动能量与燃料总能量的比值就是热效率。
我们通常所说的热效率值，其实是最大热效率，最大热效率越高，发动机高效工作区域越广，发动机能耗越低。
那么最早的发动机热效率是多少呢？2%—4%！
时间回到1776年，英国人瓦特对蒸汽机进行了改良，使其热效率达到了2%—4%，这是一个非常低的值，但放在当时的技术条件下，蒸汽机已经是车用动力的最佳载体，使人类开始告别马车出行。
1860年，
第一台内燃机诞生
虽然蒸汽机带领人类交通出行从马车时代迈入了机械时代，但蒸汽机的短板还是非常明显：离不开笨重又庞大的锅炉、热效率难以提高、转速（速度）受限、动力输出不连续等等。
因此，蒸汽机注定要和汽车Say byebye，该轮到新主人登场了，这就是主宰汽车动力超过百年的内燃机！
1860年，法国人Lenoir（勒诺瓦尔，没错又是法国人）发明了第一台内燃机，通过煤气燃烧产生热能和动力。
这台内燃机的性能参数放在当前来看简直就是不能用：压缩比为1，最大功率4.5kW,热效率么，4.5%。
纳尼？看官们可能会说这也没见高出蒸汽机多少啊？确实如此，当时的蒸汽机热效率可是已经提升到了10%，不仅没高人一头，内燃机还低不少啊！
1876年奥托：
我才是真爸爸
勒诺瓦尔的煤气内燃机虽然热效率很低，但是却让人看到了提升的曙光。于是1876年，德国工程师奥托研制出了第一台四冲程的煤气内燃机，压缩比达到了2.5，而热效率达到了14%，超过了蒸汽机的同期水平！
可以说，奥托四冲程煤气机才算真正开启了车用发动机的新天地，使得长距离出行开始变成可能，虽然他那台机器并没有得到应用（他也只想用到工厂、矿山之类），但是他的“学生”已经敏锐的捕捉到了全球交通变革的重大机遇。
1883年戴姆勒：
请叫我汽油机之父
不论如何，煤气机虽然也是内燃机，但是煤气能量低、存储不变、输出不稳定的缺点还是被戴姆勒老先生看在了眼里，于是他老人家把目光放在了更高能量载体——汽油上。
1883年，戴姆勒从道依茨燃气公司（奥托开的公司）辞职：奥托老师你自己慢慢玩工程发动机，我可不陪你玩了。扭头戴姆勒就和追随他的迈巴赫（都是狠人啊）联手造出了世界第一台立式四冲程汽油机！
于是，1883年内燃机热效率被历史性的提升到了15%，戴姆勒老爷子并不知足，再接再厉终于在1894年又提高了20%！
此时的汽油机，终于可以支持较快速度、较高续航的行驶了，汽车开始进入富人家庭，原因很简单：车贵就不说了，尼玛油钱花费更贵啊！
长达90年的缓慢进步
此后的汽油机热效率开始进入缓慢提升阶段，虽然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非常缓慢，以0.5%、1%的速度逐步提高。
直到1990年，计算机技术突飞猛进下，电喷系统才帮助汽油机热效率开始了明显改善，到了2000年，发动机精确喷油下的热效率值终于站上了30%的大关。
进步缓慢的原因是多方面的，不仅与技术环境本身有关，还与这一阶段各国政府并不太重视汽车油耗管理有着密切关系。所以直到2000年后，随着汽车保有量的大幅增加，主要国家终于开始加严油耗法规，倒逼车企开始在发动机上动脑筋。
汽油机迎来了全新的发展阶段！
2003年：
丰田36.8%问鼎NO.1
说实话，上世界五六十年代，丰田的发动机还是个渣渣，直到通过1970年石油危机发展节能汽车、成功打入美国市场后，丰田才真正尝到了发动机节油技术的甜头，于是一发不可收拾。
2003年，耕耘多年的丰田终于拿出了一款震惊全球的发动机（代号1NZ-FXE），这台发动机热效率高达36.8%，远远高出同期其它车企的水平。
这个36.8%有多高呢？这么说吧，现在很多主流发动机的热效率还没到达36%，普遍在30%-34%之间，你就知道16年前的这台1NZ-FXE有多强了！
丰田把这台1NZ-FXE放到了第二代普锐斯上面，在城市工况下，排量为1.5L的普锐斯达到了相当于2.0L传统车型的动力性能，而油耗仅相当于1.0L的传统车型（4.7L/100km）。
2008年：
丰田37%自我超越
第二代普锐斯引发的热度给了丰田上下无比的满足感，于是丰田人在热效率的路上越走越远，一发不可收拾。
2008年，丰田攻城狮鼓捣出了1KR-FE机型，发动机热效率达到了37%的高位，虽然是款三缸机，但毫不否认的是，丰田再次霸榜。
据说这颗发动机搞出来后，终于引起了其它竞争对手的觉醒：太过分了，不能老是让你一个人风光啊，再这样下去我们岂不是被你丰田按在地上摩擦摩擦，像魔鬼的步伐？
2009年：
丰田38.5%再破记录
觉醒归觉醒，但仍然难以阻止丰田前进的脚步。
2009年，丰田，还是丰田，这家伙又搞出了一个38.5%的家伙：2ZR-FXE！而且热效率在220g/kwh的区间达到了38.5%。
看名字很熟悉？是不是和二代普锐斯那个1ZR-FXE很像？没错，这就是第三代普锐斯用的发动机啊！
要知道，2016年通用 1.8升自然吸气发动机最大热效率才37.43%，2017年大众2.0T低功率引擎（EA8883B）最大热效率刚刚达到37%、2017年自主的奇瑞也才做到37.1%，这简直是退役选手吊打主力王牌的节奏啊。
这心情，只能看图表达了：
2013年：
本田38.9%微弱反超
不是这些车企不给力，是因为这些车企在涡轮增压的路上走得太远，对自然吸气早就不感冒。
而关键的关键就在于，100年前的奥托老先生就告诉我们：提升压缩比才能提升热效率，然而悲催的是，增压机由于缸内压力的原因，先天就很难在压缩比上和自吸机一较高低。
所以摩擦丰田的任务，只能交给日本车企来做了。
比如，本田大法。
2013年，连续多次以毫厘之差不敌丰田的本田大法发威了，在代号为LFA系列的2.0升直列四缸汽油机上一举达到了38.9%的最高热效率，成功打破丰田垄断！
这台发动机采用了电动可变正时气门技术，因此可以在阿特金森循环和奥托循环下来回切换，再配合电机的耦合，最高热效率成功压制了第三代普锐斯那台2ZR-FXE，但很遗憾的是，过于追求热效率，导致本田这台LFA机型最大功率仅为143ps/6200rpm，最大扭矩仅为165Nm/4500rpm。
2016年：
丰田自吸机40%里程碑压制
卧榻之侧岂容他人鼾睡，丰田根本没让本田在NO.1的位置上呆太久，3年时间，丰田祭出了大招。
2016年，丰田发布了全球首台40%热效率的发动机，为了表明这台发动机的与众不同，丰田特意取了一个响亮的名字：Dynamic Force Engine。
而在这颗2.5L直列自然吸气汽油机基础上，丰田还开发了一个混动专用版本，其最高热效率甚至达到了41%！但两者本质上是相同的，不过是混动的加入“助力”了高效率区间而已。
回顾日本汽车工业这段疯狂的热效率排行榜争夺历史，不得不说还是对日本乃至全球的汽车工业产生了极为明显的作用。别的不说，日本汽车燃油经济性就得到了直观的改善，尤其是在2009年之后。
2019年属于蓝鲸：
增压机热效率全球首破40%
眼尖的朋友或许已经看出来了，汽油机热效率的最高纪录通常都是由自然吸气机型打破，增压机极少露脸。
增压机真的不能做出高热效率吗？
当然不是！
2019年6月4日，长安汽车在其新投用的全球研发中心揭开了“蓝鲸动力”的神秘面纱，悄然间向世界宣告：全球首款40%热效率增压汽油机面世了！
这款发动机采用了极其先进的结构设计和AGILE燃烧系统，通过350bar超高压直喷、外置式水冷中冷、可变截面涡轮增压（VGT）、全可变排量机油泵、TMM热管理系统、0W-20低粘度机油等领先技术的应用，打破了增压机热效率的天花板！
很明显，如此高的热效率，其压缩比也是突破式的达到了13：1，比肩马自达现役的那台SkyActive自然吸气汽油机压缩比，堪称全球增压机目前取得的最高水平。
而这款蓝鲸增压机实现如此高的压缩比，关键还在于采用了米勒循环（可以简单理解为阿特金森循环的变种）：通过精妙的进排气控制策略，实现额外的活塞压缩行程，产生更高的压缩比、利用到更多的能量。
在排放方面，这款1.5T的蓝鲸动力还做到了提前满足国六b排放标准(预设欧7升级路径)，并且没有加尾气GPF，有效的节省了后期使用成本。
令人震惊的是，这款1.5T超高热效率汽油机所属平台上还开发出了一个超强动力版本，升扭矩达到200牛米、峰值扭矩在1250rpm就可以达到300牛米（全球领先）、最大功率130kW，在NVH方面，这款1.5T的蓝鲸动力还做到了怠速60.8dB，安静得不像话！
也就是说，在日本丰田这种4次夺魁的大拿都没做到增压机热效率破40%、本田这种高热效率换来动力肉的前提下，蓝鲸动力做到了热效率（油耗）、动力、排放、NVH的全面兼顾。
坦白说实话，从发动机百年历史来看，如今蓝鲸动力发动机在热效率上当之无愧是世界第一。
增压虽更难，但两条腿走路方能更稳
回顾全球汽油机热效率提升的百年历程，我们可以清晰的看到，欧美汽车工业由于偏重增压技术路线，所以热效率始终难以突破天花板，在大众EA888 Gen3B上裹足不前，38%热效率大关迟迟不能打通。而日本则偏重于自然吸气技术路线，因此热效率虽突破40%大关，但动力孱弱长期被消费者诟病。
因此，把增压机热效率切切实实的提升去，才是更加重要的事情。从这个角度来讲，长安蓝鲸动力发动机在增压基础之上做到40%最高热效率，兼顾了节油和动力，是非常值得肯定的一件事情。
但实话实说，增压机热效率提升还是非常困难的一件事情，因为从技术角度来讲，增压机单位进气量比自吸更大，所以缸压、缸内温度等就容易超过自吸机，导致爆震的可能性就更大。
而为了避免爆震，增压机就必须“刻意”降低气缸压缩比，也就比自吸机实现同等热效率更加困难：打个简单的比方，实现同等热效率，自吸机的难度就好比150公斤的男子举150公斤的重量，而增压机就得实现100公斤的男子举150公斤的重量。
但不论如何，增压机和自吸机都是两种重要的发动机技术路线，市面上也始终存在牢固的“自吸党”，所以两种技术路线并举、共同推进热效率提升才是更稳妥的办法。
所幸的是，长安汽车正在研制43%—45%热效率的机型，并且覆盖增压机和自吸机两种范畴，往更高难度迈进的同时，也标志着中国汽车工业不同于欧美的增压党、日本的自吸流，在以更加稳健和均衡的步伐向汽车工业皇冠不断进取。
结语：未来无止境
实际上，虽然柴油机热效率因为先天原因早已超过40%，但汽油机热效率超过40%以后还是会陷入一段时间的瓶颈。展望未来，相当长一段时间汽油机仍将作为家用车的主力机型，不断提升其热效率是车企必须要做的事情。
据悉，日产已经计划未来推出43%热效率的自然吸气发动机，马自达也计划应用压燃技术实现自吸机更高的热效率。但增压机方面，预计长安这款1.5T蓝鲸动力较长时间内都将处于全球榜首位置，唯一能打破的，估计只有长安自己正在开发的43%热效率增压机型。
技术的进步是无止境的，铲史官也希望看到更多的车企加入到热效率提升的大军中来，不断更新自吸机和增压机的NO.1排行榜，说小点，为了咱们老百姓少花点油费，说大点，地球毕竟是咱的家园不是？
转自汽车铲史官
