比什么涡轮增压、直喷还重要,也说说发动机的核心技术压缩比!

作为汽车三大最核心部件之一,发动机有着举重若轻的地位,影响发动机的性能有很多因素,如大家早起最爱谈的可变气门正时,可变气门升程就是很重要的技术,只是它依然普及的不能再普及,如今现在大家最熟悉的涡轮增压、缸内直喷这一类,但由于宣传的原因,在提到发动机技术的时候,很多人只想到涡轮增压和缸内直喷,另一核心技术压缩比往往被忽略掉(你会看到只有高压缩比的发动机敢于公开热效率,绝大部分车型都是不公开的,因为效率不高)。 

这几年若不是马自达的创驰蓝天技术主打高压缩比技术,甚至连业内都淡忘了压缩比这件事,然而高压缩比技术可不是创驰蓝天的专利,早在混合动力技术上它就早已经运用(为啥混动都用高压缩比发动机就足以证明它的省油优势),只是未被有效关注而已。为什么现在大部分家用车都不愿意做高压缩比自吸发动机,第一就是因为技术限制,要想实现使用低标号汽油又解决爆震是一项复杂的工程,第二,提高压缩比目前解决省油比较简单,但要同时实现增强动力又降低油耗,是非常考验一个车企技术实力的时候,门槛很高,大部分车企绕道去做动力优先同时兼顾油耗的涡轮增压技术(这项技术已经非常成熟)。

首先我们得承认,无论是涡轮增压还是缸内直喷,它最终的目的都是为了提高发动机的燃油效率,达到以最少的油耗获得最多的动力的目的,但是相比于它俩,我们更应该关注发动机的压缩比,因为任何一款发动机都离不开压缩比,而压缩比又直接与油耗挂钩。

其实在涡轮增压、直喷、可变气门正时等技术之前,发动机提升效率一直很重视压缩比,之所以重视,得从它的定义说起。

压缩比是指活塞在气缸内下止点(BDC)时气缸最大容积与活塞在气缸内上止点(TDC)时燃烧室最小体积之比,广义理解为气缸内气体被压缩的程度,理论上来说,发动机压缩比越高,压缩时气缸内的压力与温度也就越高,燃油分子和氧分子距离也就更近,混合气更易点燃且燃烧速度就更快更充分,在瞬间爆发出最大的能量,意味着燃油效率也就是我们俗说的热效率更高,在将动力变得更强的同时油耗和排放也降到更低。但是压缩比过高会引起爆震,所以发动机在追求压缩比的道路上发展到11、12水平之后单一的奥拓循环(就是绝大多数发动机的循环)就遭遇了很大的挑战,且难以突破。

而为了继续提升燃油效率,技术开始分化,涡轮增压走的是废气能量回收,增加空气量,以此提升单位体积利用率,再辅以直喷或者双喷技术,提高发动机工况的反应速度;另一种则走的是混动路线,以双循环技术,解决爆震,提升压缩比,从而提升燃油效率。

涡轮增压的原理就是通过强制吸入更多的空气并对空气进行压缩最后送入气缸,但空气在被压缩的同时温度也随之变高,这一先天特性使得涡轮增压发动机为了防止爆震而不得不限制压缩比,所以我们常见的高压缩比都通常出现在自然吸气发动机上。

而所有的高压缩比发动机基本都为阿特金森循环(马自达叫米勒循环,现在的原理一样,都是通过VVT控制进气门开关时间。),相比于传统的奥拓循环的发动机,阿特金森循环发动机通过延迟进气门的关闭时间(奥托循环发动机在活塞到达下止点进气门同时关闭),在活塞向上压缩过程中将一部分气排出去,从而实现了压缩比小于膨胀比,大幅提升了压缩比,从而提升了发动机的热效率。

现在市面上油电混合动力车型发动机压缩比一般都在13及其以上,比如卡罗拉双擎1.8L汽油机压缩比达到了13,但最大马力才99匹,峰值扭矩仅为142Nm,油耗百公里4.2L,再比如雅阁混动,其2.0L汽油机压缩比达13(普通版2.0为10.6)最大马力146匹,峰值扭矩175Nm,百公里油耗4.4L。这种高压缩比带来的优势,最典型的就是高燃油效率,比如雅阁HYBRID搭载的发动机被称为LFA型2.0升发动机,最大热效率高达惊人的38.9%,马自达现有的创驰蓝天的发动机热效率也高达38%,而且马自达前阵子发布的第二代创驰蓝天发动机热效率将提高到50%(当然压缩比也提高到了惊人的18)。

丰田混动车型上的发动机热效率业是非常领先,第一代和第二代普锐斯所用的是「1NZ-FXE」发动机,热效率是 37%。第三代普锐斯所用的是「2ZR-FXE」发动机热效率是 38.5%。第四代的普锐斯热效率则达到40%,而业绩的水平就是在30-36%区间。

然而阿特金森和米勒循环发动机都有一个特点就是放弃了低转速时的扭矩,只在中等转速的时候才能将效率发挥出来,所以目前阿特金森循环发动机绝大部分都搭载在油电混合动力车型上,在低速时依靠电机的大扭矩来弥补动力上的不足。

采用高压缩比高燃油效率发动机,能够做到不需要电机匹配的很少,目前看就是马自达的创驰蓝天技术和丰田全新的TNGA技术(第八代凯美瑞2.5引擎压缩比13,燃油效率40%),它能够同时满足超低油耗和出色动力输出,球叔称之为单引擎混动技术!后续球叔会专文探讨。欢迎关注。


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