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线外邦 2020-12-03

百公里烧 3 升油,传统燃油车如何能做到油耗不输混动车?

百公里烧 3 升油,传统燃油车如何能做到油耗不输混动车? | 技术室

技术室

撰稿人 | 极速涡牛

今天我们要探讨的是一个技术性问题,那就是传统燃油发动机的油耗,在现有条件下能不能做到媲美混动技术的水平?

就比如第 14 代轩逸,一个月前的节油比赛给人的印象就相当深刻,满载跑完 850 公里,最低 3 升多的平均油耗,甚至会让人产生错觉,你是不是开的混动车?但其实不光是轩逸,前不久长安逸动 PLUS 的节油赛上,同样有人跑出最低 3 升多的成绩,更何况那还是 1.4T 的发动机。

尽管节油比赛的驾驶方法和日常开车肯定有区别,但同样的车,日常生活中并不缺乏真实开出 4~5 升的案例,这跟二三十年前相比,明显进步了不少。那我们就来看看,究竟是些什么高科技,让传统燃油发动机在面临日益严苛排放法规的同时,油耗不断在降低。

在这之前,大家需要了解一项指标,那就是发动机的热效率,简单理解就是烧了那么多油,到底有多少是用在了驱动汽车上面,热效率越高,也就代表着省油。按目前在售车型来看,丰田在自然吸气领域 41% 的效率算是领先的,而涡轮增压发动机之中,长安蓝鲸 NE1.5T 在某些工况做到了 40%,同样是行业先进水平。

热效率高的发动机,他们之间其实是有共同点的,那就是从强化燃烧、降低摩擦和阻力、减少热损失等方面都同步更新着行业最新的技术应用。

越来越高的压缩比,只是为了压榨功率吗?

最为核心的,在强化燃烧方面,如今汽车厂家的措施已经体现在了每一个冲程的每一道环节上。但无论什么手段,最终都是围绕着提升压缩比在下功夫。

提升压缩比的直接目的是提升功率,但在相同负载的情况下,因为发动机功率和车重比值的增加,油耗也会相应得到改善。比如前面我们提到的轩逸,它最新一代车型用的是日产第三代 HR16 自然吸气发动机,压缩比提升到了 10.8(上一代车型为 9.8),带来的直接结果,就是功率和扭矩同步增加的同时(功率增加 9kW,扭矩增加 4Nm),油耗却降低了 0.3 升 / 百公里。

所以,当我们看到马自达最新的 Sky Active-X 压燃式汽油发动机压缩比突破了 15,就丝毫不会觉得奇怪。而且,同样的排量,马自达新款发动机的油耗比起老款降低了 0.6 升 / 百公里。

当然,传统内燃机理论中,高压缩比代表着汽油机存在爆震的风险,但在气门智能调相、稀薄燃烧、高压直喷、多点喷射、扰流控制等前沿技术大量应用的前提下,工程师们实现了预期中 " 鱼和熊掌兼得 " 的效果。像马自达创驰蓝天 X 独特的 SPCCI(火花点火控制压燃点火)技术,还专门匹配了一套机械增压系统,负责往气缸里面泵空气。

里面有些专业称谓,可能一般人不大理解,我简单做个说明:

" 气门智能调相系统 " 也就是常说的 "VVT" 之类,简单理解就是进、排气门都能智能控制开闭;

" 稀薄燃烧 " 就是气缸内空气与燃油比例超过常规,气多油少,每次燃烧尽量少浪费燃油;

" 高压直喷 " 就是喷油嘴设置在气缸内,由于里面气压太高,需要更高的喷油压力支持,如今车企常挂在嘴边的 " 采用 350bar 高压直喷 " 便是此意;

" 多点喷射 " 就是每个缸(或歧管)喷油嘴不止一个,而且,为了雾化效果好,每个喷油嘴会有十几个喷孔;

而 " 扰流控制 " 就是为了优化燃油雾化效果,使燃烧更充分而专门针对进气道进行的细节设计,比如增加阀门和传感器。

除此之外,为改善燃烧并降低排放,如今越来越多汽油机也采用了柴油机上非常普遍的 EGR 废气再循环技术——日产第三代 HR16 发动机就用了这项技术,仅此一项,便实现了最高 6% 的节油效果。而伴随着 EGR 的使用,中冷技术也很常见了,因为排气温度太高,加之集成式排气歧管和涡轮增压技术的推广,也会使进气温度明显增加,但进气温度却需要低点好。

上面只是简单列举了传统燃油发动机为改善动力和降低油耗常用的几项技术,深究起来其实还有更多大家都没怎么听过的词汇,在此就不过多赘述了。

减少内部消耗和热损失,一个都不能少

如果说,直接着手燃烧层面去解决法规和人们期待的 " 希望马儿跑得快,同时还要吃得少 " 的问题是 " 开源 " 的做法,那么接下来我们要谈到的就是属于 " 节流 " 范畴了。

简单说,就是如何让发动机内部机械损失尽量少,如何让热损失减少。

先说前者。我们还是以日产 HR16 为例,它第三代机型引入了同级车首次用到的 " 镜面熔射缸孔技术 ",说白了,就是取消了传统发动机的缸套,直接在缸孔内壁喷金属涂层——据说这层合金涂层只有 0.2 毫米厚,导热性大为提升,确保压缩比提升到 10.8 之后也不会发生爆震,但同时,这层熔射金属膜比传统缸套更光滑,有利于减少摩擦损失。该技术此前在日产 " 战神 "GT-R 上使用,也是一些豪华品牌的专享,如今终于在十万级家用车上出现。

可要说到减少发动机内部消耗," 可变排量机油泵 " 是怎么也绕不开的一道坎儿。近几年但凡有新发动机亮相,车企都会着墨强调这一点,因为此举能实现 2% 的节油目标。它的原理其实很简单,就是根据发动机适时工况,在发动机转速低的时候增加机油量,转速高的时候又控制一下过多的机油,精确控制润滑系统的同时,也减轻发动机的功率消耗。

既然机油泵都要为节能降耗做出贡献,那机油作为重要参与者,肯定也要发生变化。近些年,我们看到低粘度机油(市场上最常见的 0W-20)越来越盛行,便是为减少发动机内部摩擦损失而出现的趋势。之前一汽曾经做过一个实验,采用 NEDC 循环,20 粘度等级的机油,比 30 粘度的节省燃油 1.67%。但笔者并不是建议大家都去换低粘度机油,首先得看自己的车能不能用,而且具体省油多少还得看实际驾驶习惯。

接下来要说的,就是减少热损失方面,在这其中,首先要谈的就是 " 缸盖集成排气歧管 "。在奔驰 AMG 三个月前发布的 M139 发动机上,就将上一代 M133 的布局方式扭转了 180 度,排气歧管集成在后端缸盖上,这样做的其中一个好处就是减少热损失——因为废气温度高,直接集成在缸盖上之后,能大幅缩短冷车时的热车时间。我们无意去评价一台 AMG 的节油性能,但如今包括自主品牌都在用这项技术,比如长安、长城、吉利、奇瑞、广汽、比亚迪等。因为它不光是能减少热损耗,还具备减轻发动机重量、降低重心、减少涡轮迟滞、提升动力等多重功效,完全就是一举多得的事情。

而在减少发动机热损失方面,如今的新车很多都具备智能热管理技术,也就是根据温度、压力、发动机转速、车速等因素,对冷却系统进行更加有效的控制,确保发动机和变速箱快速进入最佳工作温度。包括常见的主动闭合式进气格栅,也都属于这个范畴。

『 最后说说 』

说了这么一大堆,其实还有一点很重要的节油因素没有告诉大家,那就是减重。之前有个说法,同一款车,车重每增加 100 公斤,百公里油耗就会增加 0.3~0.5 升,甭管这个数据够不够严谨,至少也反映出一个趋势——车重是影响油耗的最主要因素之一。

所以,无论发动机自身,还是车辆其他部位,能轻的地方尽量轻,车上能不放的东西尽量不放,其起到的节油效果,有可能会超过上述一大堆 " 开源节流 " 措施的总和,这也正是树脂材料和铝合金材料在车上出现得越来越多的原因。而且,包括前面提到的一些技术上,其实都有着减重的双重功效,比如镜面熔射缸孔、缸盖集成排气歧管等,因为减少了材料使用,重量自然就轻了。

然后回到我们开头的话题,传统燃油车有没有可能实现跟混动一样的油耗表现?对此我只能说,差距会缩小,但传统燃油发动机与电的融合已经无法避免,2035 年,国内在售燃油车将全是混动——这就是传统燃油发动机的出路,也是行业发展的大方向。

另外,对于普通人来说,自己的车用了哪些技术和材料是无法改变的,如果是基于省油的目的,那就不妨从自身驾驶习惯做起,避免大油门,减少不必要的刹车,驾驶途中多关注前方远处的交通状况,再来决定油门的深浅,才是日常开车省油的保障。

-END-

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极速涡牛

一个学汽车专业的理工男闯进了传媒圈,转眼就是 20 年

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