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用最硬核的科普推荐你目前最强的发动机

来源:m6米乐在线登录app    发布时间:2024-06-07 09:37:38
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  虽然各种新兴车企以及电动车拥趸都在唱衰燃油车,但是各大主流车企仍然没有放弃内燃机的开发,笔者这里就给读者介绍一下几台有代表性的发动机,他们能够认为是代表了当前汽油发动机领域的最高水平。

  首先笔者把本田的1.5T发动机作为基准,这台发动机最早是从2015年开始量产并装在第十代思域上。这台发动机在面世的时候,最值得称道的就是其高达38%热效率的涡轮增压发动机。然而这并非该发动机唯一的优点。

  我们从下面这副本田公开的BSFC对比图就能够准确的看出,相比本田的1.8升自然吸气发动机,1.5T发动机极大的扩展了高效率的范围。比如将BSFC值240g/kwh以下的转速范围从原来的1800转到2500转扩大到了从1250转到4000转以上。扭矩范围从85到110NM扩张到了60到180NM。实际上这也是小排量涡轮增压的重要优势。我们还可以把这一发动机和2015年丰田公布的A25A这台最高热效率达到40%的发动机做对比。

  我们根据本田发动机在220g/kwh的地方获得38%热效率可以推导出在240g/kwh的地方热效率为34.8%,而丰田这台发动机在热效率接近34.8%的地方,也就是图上35%所对应的红线NM以上才能达到。

  从这个表格对比我们大家可以看出小排量的涡轮增压发动机有个挺大的优势,就是能把高效率区间尽可能扩展到低扭范围。

  上面介绍了大家熟知的两台发动机,接下来我们介绍一台来自大众集团的EA211 EVO 1.5T发动机。这台发动机最早在2016年大众就在第37界维也纳国际汽车研讨会上提出了,而且该发动机有两个版本,一个是96KW,一个是110KW,他们具体的参数见如下表格所示。

  大众宣传这台1.5T的EA211 EVO,尤其是96KW版本的,使用了各种技术力求高效率。按照大众的说法,有涡轮增压发动机里面少有的高达12.5的压缩比(注意本田的1.5T发动机也才10.5),还使用了米勒循环技术,也就是丰田本田常说的阿特金森循环,通过晚关闭进气门,让实际压缩比小于实际膨胀比,还使用了高达350bar的燃油直喷技术(当前EA888和丰田2.0T直喷压力都是200bar),还有VTG可变截面涡轮技术(对涡轮材料要求非常高)以及停缸技术(想象一下四缸机还要停掉两缸,变成两缸),还要使用特别优化的0W20机油(W后面数字越小意味着机油粘度越低,大众车用5W30的机油居多)。

  在运用了这么多技术之后,最终得出了非常理想的效率。注意这一效率并非是最大热效率,因为最大只有37.5%,而是在很大范围之内都实现了较高的热效率。从如下BSFC图能够准确的看出来。

  这幅图就是大众EA211 EVO 1.5T发动机的BSFC图,在222g/KWH的地方达到了热效率37.5%。而在发动机转速较低的3500转到1000转区间,BSFC值都在300以内,也就是热效率在27.75%以上。而这台发动机最值得称道的就是在最大扭矩平台所在的2250转区间一直到5500转的最大功率区间,都能达到240以下的BSFC值,也就是热效率在34.69%以上。

  这也就意味着当驾驶这台发动机的时候,猛踩油门的激烈驾驶也是非常省油的状态。

  我们如果再把上面的对比表格加上这台大众的EA211 EVO,就得到如下情况

  实际上如果只看60NM左右的地方,可能EA211 EVO的优势还不够大,如果我们看扭矩24NM和转速2000的地方。就会发现EA211 1.5T EVO优势更大了。

  综合上面两个个表格里能够准确的看出大众非常厉害的地方在于扭矩非常低的地方仍然能达到较高的热效率,同时在扭矩达到200NM的地方也达到了很高的热效率,这一点要比本田的1.5T要强不少。

  为什么这台发动机能有这么好的热效率,笔者认为这和其两个重要的技术有关,在低扭区域,最大得益于其闭缸技术,降低了低负荷下的燃料消耗,闭缸技术对低负荷的效果是在美国能源部的一个研究报告中得到了证实的,报告名称为《Future Atkinson engine with cooled EGR and cylinder deactivation》具体可以参考如下图。

  这个BSFC图说的很清楚,在使用了闭缸技术之后,在扭矩从0到100NM,转速从1000到3000的地方,有了一个巨大的BSFC曲线NM的地方。为了看清楚一点,这里放大这一区域了给读者看。

  然后在大约25NM的地方,达到了272g/kwh左右的BSFC值。这和大众的EVO211 1.5T非常接近了。

  这台发动机从2017年开始就已经装在了欧洲的高尔夫上,国内据说要在2022年国产。应该对解决大众汽车的燃油积分有很大帮助。

  不过这只是第一个发动机,接下来笔者要介绍的就是丰田的A25B发动机,也就是那台放在混动凯美瑞上的热效率达到41%的发动机。

  丰田并未以英文形式介绍这台发动机的各种参数,笔者有幸找到了这台发动机的BSFC图,这绝对是一台令人惊异的发动机,其热效率高效范围远超笔者想象。

  如上图所示,左边的是A25A,也就是普通汽油版,最大热效率40%的发动机,右边就是A25B,用在混动凯美瑞上的那台41%热效率发动机。

  这台发动机最让笔者觉得厉害的地方就是其低转低扭区域的热效率,如果我们把AB和大众的EA211 EVO 1.5T做个低输出点表格对比,就会发现情况如下:

  在低转低扭区域一台大排量自吸发动机居然热效率远高于小排量涡轮增压发动机。

  而丰田A25B则在200NM的时候,从1500转开始就达到了35%的热效率,随后随着转速的提升,热效率在200NM@2200转处可以达到38%,直到3000转才回到37%。

  A25B发动机无论在最大热效率41%还是在高效范围上,用黑科技形容也丝毫不为过。

  虽然这台发动机上限功率只有178马力,笔者咨询过丰田中国工程师,也是可以作为纯燃油车发动机使用的。

  目前为止,丰田并未透露A25B用了哪些特别的技术实现这一惊人效率。可以明确的是,丰田并未在这台发动机上使用特别复杂的技术,没有闭缸技术,没有提到高达350bar的燃油喷射,也没有可变截面涡轮等等。

  说完了上述两款有着惊人热效率区间的发动机,笔者还要介绍一下之前日产发布的可变压缩比发动机。本文只专注于其BSFC图进行比较,实际使用中该发动机的效果如何则建议参考美国EPA的油耗数据以及用户油耗统计数据。

  笔者在一个日文网站上,找到了日产VCR发动机的BSFC图。这幅图很明确的显示了,这一发动机最大热效率也就230g/KWH,不了解其使用燃料的热值,但是根据一般汽油的热值,最大热效率不会高于38%。

  也正好印证了马自达第一代创驰蓝天发动机压缩比达到14,之后经过美国能源部测试得到的数据也是最大热效率38%左右。

  我们也可以以表格形式比较一下几个低转低扭区间的BSFC值。注意笔者这里不拿EA888 G3B做比较,原因在于EA888 Gen3B大幅降低了动力输出。而EA888 Gen3 则有着至少250马力以上的输出,和日产VCT发动机的输出接近。

  从上面这张表的对比能够准确的看出,日产可变压缩比的VCT发动机在低扭低转区间有着明显比大众EA888更好的燃油效率。但是在高输出部分,比如发动机到4000转扭矩达到250NM以上,则明显的不如EA888。

  所以通过这种机械结构改变物理压缩比的发动机实际效果如何,目前还不能立刻下结论。而且我们所知道的两田的发动机最高热效率都达到或者接近了41%,加上混合动力的辅助,能确保发动机始终工作在最为高效的区间。这一技术方案已经通过用户实际体验得到了证明。

  考虑到现在搭载这台发动机的车型仍然不多,实际油耗样本仍然不够,笔者暂时保留对其效果的评论。

  以上可以认为是目前汽油发动机界最为顶尖的产品,他们要么有着非常大的高效率区间,要么能兼顾低动力时候的热效率以及高动力时候的输出水平。笔者坚定的认为内燃机还大有潜力可挖,无论是提升最大效率,还是配合电机优化效率区间,都给了内燃机无穷的前景。让我们向卡诺循环的极限进军。


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