如何压榨引擎的热效率和废气排放标准，是今后一段时间主流车厂的攻坚方向。本文将简单谈谈一些最新的冷却技术对于涡轮增压及自然吸气发动机热效率的影响。

作为现代小排量涡轮发动机的代表之一，本田L15B型涡轮增压发动机以38%的热效率，曾是量产汽油发动机的最大热效率记录保持者。当然这有个前提，是在不具备可切换为阿特金森循环的前提下的“地表最强热效率"汽油发动机.『搭载丰田混合动力车型的引擎均采用阿克金森循环，如2ZR-FXE（热效率38.5%）、2AR-FSE型（热效率38.5%）、LEB型和LFA型（热效率39%）』。

地表最强热效率引擎的桂冠，其实已经易主。丰田的1.5L自然吸气引擎2NR-FKE，热效率也已达到了38%。而全新凯美瑞所搭载的更大排量的Dynamic Force Engine 2.5L自然吸气引擎，竟然更近一步将热效率提升至40%。能够达到40%热效率的秘密，其一是更大的冲程缸径比，并且能够实现阿特金森循环和奥拓循环可切换。

其二是全新的电动VVT技术（丰田官方称为VVT-iE），增加了进气门正时调整电机，这是它压缩比能超过13：1的重要原因之一。相比普通的液压VVT技术，电动VVT的响应更迅速、控制更精确，并且做到了无级可调（与马自达创驰蓝天的技术交换）。同时，也避免了发动机运行开始阶段（例如冷车情况下）机油压力不足时而进气门正时机构工作效率低下的问题。

其三，则是Dynamic Force Engine加入了水冷式的废气再循环技术（EGR），有效提高了燃烧热效率。这款1.5L新发动机的气缸水套下部有新型的隔块，这种隔块是由发泡橡胶和不锈钢薄板制成的。这种发泡橡胶会吸收冷却水，膨胀后封堵部分流路，从而使水套的容量减小，因此达到了缩短发动机暖机时间的效果。这种隔块加入还能达到优化气缸上部和中部温度的作用。因为它隔堵作用，使气缸的上部很好地降低了20℃左右的温度，降低了爆震的发生几率；而使气缸中部较难流入冷却水，让气缸中部温度升高20℃左右。由于温度的升高使活塞与气缸壁之间的润滑油粘度变小，这就降低了摩擦损失。

所以，为了尽可能的压榨内燃机的热效率，主流厂商已经开始在冷却系统上做文章，诸如丰田的水冷式EGR，对于涡轮增压引擎，还有更加高效的水冷式中冷技术。

比如宝马M3/M4的S55B30发动机/奔驰AMG GT的M178发动机液冷中冷器：

虽然对于M3/M4/AMG GT这样的性能车而言，设计水冷式中冷的最大目的不是为了追求热效率，而是为了提升引擎的响应，换用更高效的水冷中冷器，以降低中冷器的体积和气道长度，从而达到降低涡轮迟滞的效果。但反过来看，水冷式中冷器将压缩空气的热量吸收，让热量进入到冷却液的循环中，变相利用了涡轮增压发动机的热量损失，这对于提升发动机热效率，肯定是有正面效果的。

作为宝马的好基友，丰田在8AR-FTS 2.0T引擎上同样用上了水冷式中冷器，水冷式中冷器也让这台2.0T引擎变得非常紧凑，（作为对比可以看看VW EA888的引擎）从涡轮到气缸的歧管长度甚至不比一些NA引擎更长，这显然对于解决涡轮迟滞问题有很大的帮助，同时进气温度更低，也带来更好的引擎效率。加上这台8AR-FTS引擎还拥有水冷式排气歧管，进气/排气侧的多余热量都被回收利用，在冷车启动期可以更快提升冷却液温度，使整台引擎更快进入热效率更高的工作温度。这对于提升引擎热效率，都是有益的，可谓一箭双雕。可以预见未来一段时期，采用液冷中冷的涡轮增压发动机会越来越多。

除了水冷式中冷器，水冷排气歧管同样是目前热门提升引擎热效率的方案：

所谓发动机水冷排气歧管，即在发动机的排气歧管周围设计冷却液通道。其特征在于：具有铸造成一体的排气法兰和水套，排气法兰位于水套的内侧，排气法兰上设有用于与发动机缸盖连接的连接孔；排气法兰上设有多个排气口和多个进水口，该进水口与水套相连通；水套设有出水口，排气法兰上的进水口、水套上的出水口与发动机缸盖的水套连通，构成冷却回路。

关于排气歧管的液冷，许多年前就有应用，国内也有不少关于排气歧管液冷的专利，但过去运用的主要领域是柴油机或防爆内燃机上。根据文献，最初在小型汽油机上应用该技术的是德国马勒动力总成有限公司的Taylor Janies，Fraser Neil，Wieske Peter等人，他们对水冷排气歧管进行了研究，将EGR技术应用到小型直喷式汽油发动机上，提出了小型化汽油发动机是用来降低汽车二氧化碳排放（降低碳排放即提升热效率和燃油经济性）的思路。

内燃机的废气温度极高，废气通过外置排气歧管排出，几乎和发动机的水循环系统没有任何联系。但将排气歧管集成在缸盖内，高温废气就可以和缸盖内的水循环管路进行热交换。目的同样是更快的提升水温，从而达到更快热机进入正常工况的效果，对动力输出、燃油油耗还是排放污染都有一定的改善，同时也可以减少发动机的低温工况时间，降低磨损，延长引擎寿命。废气经过降温后，也可以降低涡轮本体的工作温度，这对于提升涡轮寿命，延缓机油衰减都有意义。

VW官方宣称第三代EA888的水冷排气歧管能够在高速工况下提升最多20%的经济性，这个数据有些夸张，或许VW指的是热车等特定工况下的经济性提升。

水冷排气歧管的另一个贡献就是提升涡轮增压器的效率，因为温度越高的废气受热膨胀影响越大，其密度就会降低，密度降低的废气对涡轮涡扇的推动力就会降低。经过水冷排气歧管后进入涡轮增压器的废气温度大幅下降，废气密度大大提升，这样的设计使得废气在低速时推动涡扇的“力气更大”，涡轮增压介入工作的时机能提前一些，从而提升涡轮增压器的效率。过去要达成这一目的，只有通过换装更大尺寸的中冷器才能实现，如今通过降低排气侧涡轮的温度，也能达到事半功倍的效果。

而宝马的B48引擎则为涡轮本体增加了专门的水冷管路，与水冷排气歧管的思路也有着异曲同工之妙。

写在最后：

事物总是存在两面性的，水冷排气歧管对于引擎热效率和寿命都有正面的影响，但同时也对发动机中缸和缸头的材质提出更高的要求。考虑高温废气歧管的外侧直接接触冷却液，造成了内外较大温差，热应力必然较大，如果材质的性能不过关，带来的就是缸裂等大问题，引擎的寿命显然会打个问号。而发动机开始工作到发动机停止工作，温差同样大，响应部位的循环载荷高，对材料的热疲劳寿命也提出了更高的要求。这些都是水冷排气歧管的难点所在。可以预见，随着电动涡轮，电磁气门等新技术的成熟，成本下降，乘用车的汽油机的热效率还有提升的空间，目前40%的热效率，还远远没到天花板。

一边是新能源技术的发展，而另一边是内燃机在被取代前依然在逐步完善自己。追求更高热效率的步伐，依然不会停歇。