锦程说车丨40%热效率是如何达成，未来内燃机还有潜力挖掘么？

40%的热效率是一个很厉害的事情，而且还是在民用车领域。举一个例子，现在热效率最高的是奔驰和法拉利F1赛车引擎，热效率达到45%左右，但那也不是单凭内燃机的能耐，而是一套混合动力系统的总效率。

 

奔驰AMG车队F1引擎热效率达到45%

柴油机的热效率比汽油机要高，世界上最高效的是那些大型的船用低速柴油机，能达到最高50%的热效率。

 

所以对于民用汽油机来说，40%的热效率即使不是极限，也已经离极限不远了。

 

国产丰田凯美瑞以及其采用的2.5L热效率40%引擎

2016年12月初，丰田公布了全新一代2.5L 汽油引擎以及搭载在混合动力车型的派生型号，采用了一系列的新技术，其热效率更高达40%以及41%，丰田把这一系列的引擎命名为“Dynamic Force Engine”。

 

丰田是如何做到的？但40%的热效率除了带来出色的燃油经济性外，会不会有什么副作用？我们以搭载编号A25A的普通2.5L直列4缸自然吸气引擎的凯美瑞为例，揭开这一系列的黑科技。

 

简单来说，要提升引擎热效率，你必须做好几件事情。最重要的是提高压缩比，压缩比越高做功就越有劲，效果立竿见影。第二是你得想办法让汽油燃烧得更充分，让“马儿跑得快又少吃草”。第三就是减少引擎的摩擦和提升热管理，让引擎自身的能耗尽量减少。

 

后期发布两款2.0L Dynamic Force Engine，热效率同样达到40%和41%

为此丰田的2.5L Dynamic Force Engine ，引入了长冲程和高压缩比、多孔缸内直喷、全新VVT-iE、可变冷却系统和可变润滑系统等一系列技术。

 

上一代2.5L凯美瑞采用的5AR-FE引擎，缸径和冲程分别为90mm和98mm，而新一代A25A引擎改为87.5mm和103.4mm。长冲程的一个好处就是提升引擎的扭力，特别是在低转速的时候就会有充沛的扭力。如果引擎低转速时就有足够的扭力，日常使用时候就不用经常拉升转速，引擎转速越低就越省油。

 

但长冲程的缺点就是引擎转速提升会比较慢，高转性能也受影响，所以那些高性能车们都偏爱短冲程。至于凯美瑞嘛，代步挺好的……

 

马自达创驰蓝天引擎压缩比同样为13

凯美瑞上一代2.5L引擎压缩比仅为10.4，而后来推出的技术更先进的2.0L提升到12.7，而新一代热效率40%引擎直接提升到13，而热效率41%的混合动力版甚至提升到14。当然14是在阿特金森技术下才能获得的，普通汽油引擎达到13已经非常厉害，因为采用创驰蓝天技术的马自达也只能达到13。

 

一代名机三菱红头4G63是典型的长冲程设计，不过是涡轮增压加持

D-4S燃油双喷射系统（包括歧管喷射以及缸内直喷）就不多解释了，这项原来是丰田的独门技术，现在已经被包括奥迪在内的很多品牌仿效。不过Dynamic Force采用的多孔缸内直喷技术非常领先。

 

D-4S双喷射设计，缸内直喷采用多孔喷嘴技术

缸内直喷引擎一个关键技术是高压的燃油喷嘴，直接把汽油喷到气缸内部，而不是以前的喷在进气歧管里，这就是所谓“缸内直喷”。但这个喷嘴是单孔设计的，而丰田这一次采用了多孔喷嘴设计，目的还是想让汽油颗粒更细，最终燃烧更充分。

 

Dynamic Force引擎另一个技术特点就是扩大气门夹角，现在的夹角达到41度之大。大气门夹角好处就是进气阻力小，单位工作循环进气量多，动力性能好。现时凯美瑞2.5L最大输出达到了209马力，同样是13压缩比的马自达2.5L输出只有192马力。

 

气门为大夹角的41度，并且用上了激光熔覆工艺

除了扩大气门夹角，丰田为了提高进气效率，在进气门座上用上了黑科技的激光熔覆技术。激光熔覆（Laser Cladding）通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。

 

用上激光熔覆工艺，可以把气门座加工成不规则的形状，最大限度地提升气门大小和开启的行程。丰田连这一点小细节都抠得那么认真，另一个角度也证明了内燃机要提高热效率的确很有限了。

 

丰田用上“无所不用其极”的方法，把一副普通的汽油引擎热效率提升到40%，但相信40%的热效率即使不是极限，也已经离极限不远了。

 

而像F1混合动力系统已经把热效率提升到45%以上，所以混合动力、特别是低成本的48V轻混合动力技术成熟后，更会帮助传统内燃机跃上一个更高的台阶。