在當今車壇，隨著科技的進步，發(fā)展出越來越多曾經無法想象的先進技術，其中大家關注度最高的，莫過于汽車發(fā)動機技術的進化。曾幾何時，不敢想象一輛叫做寶馬i8的汽車可以用一臺1.5升三缸發(fā)動機爆發(fā)出231馬力，也不敢相信一輛奔馳S級Plug-in Hybrid的油耗可以低至2.8升/百公里。而就在最近，全新一代凱美瑞又一次讓全球車迷驚訝，它竟然把一臺自然吸氣四缸發(fā)動機的熱效率拉高至40%，看吧，汽車的世界是多么瘋狂！
其實這個消息一經爆出，就引起了業(yè)界的一片驚嘆，一向以產品可靠耐用而著稱的豐田，發(fā)布這臺技術領先的發(fā)動機必定已經過充分的考量。這款舉世矚目的全新2.5升直列四缸自然吸氣發(fā)動機，會裝配在即將由廣汽豐田國產的全新第八代凱美瑞身上。而更令人驚訝的是，除了這臺自然吸氣發(fā)動機的最大熱效率達到40%外，混動版本的發(fā)動機熱效率更達到了41%！使其再次站上了世界量產車熱效率最高峰。
到底什么是熱效率
熱效率這個詞聽起來似乎有些枯燥，教科書上嚴謹?shù)慕忉屖菃挝惑w積的燃料內能轉化為動能的比值，比例越高證明燃料轉化成動能的效率越高。而對于我們普通消費者而言，可以理解為這個比值越高發(fā)動機動力越好、油耗更低、排放水平更佳。
不過你知道嗎，對于汽車發(fā)動機來說，能量的損耗是不可避免的，目前全世界所有汽油車的發(fā)動機熱效率都沒有可能達到50%，這也說明：就算你的車加滿一箱油，其實真正被“消耗”到車輪上的動力還不足一半，其中很大部分都被各類能量損耗給用去了。
那么除去轉化成動能應用在車輪上的燃料外，剩下的汽油都去哪了呢？這其中大部分燃料會被發(fā)動機的冷卻系帶走，叫做冷卻損失，一部分以排氣方式排到大氣中去，叫做排氣損失，這兩塊比重最大，約占總能量的左右，但這又是無法避免的能量消耗，所以為了發(fā)動機可以“少吃糧，多奔跑”，只能從剩余的那60%入手。
“想要馬兒跑，又要少吃草”是亙古不變的難題，在汽車領域也是如此，而且汽車不僅要考慮能耗問題，還要顧及日趨嚴苛的排放法規(guī)。以汽車大國美國為例，到2025年，每家汽車制造商所銷售汽車的平均燃油經濟性(CAFE)必須達到54.5mpg(相當于4.31L/100km)，相較此前標準基本是“翻倍”的。為此，各大車企也是傷透腦筋，努力研發(fā)新技術以應對新的法規(guī)。而在我國，隨著“國六”排放標準的出臺，可以說將來也會是全球最嚴格的排放標準之一。
應對難題，研發(fā)技術
為了應對這一困難，眾多廠家開始絞盡腦汁，努力研發(fā)新技術，而發(fā)動機熱效率的高低則是直接影響油耗和排放數(shù)據(jù)的重要一環(huán)。就以使用一臺33%熱效率發(fā)動機的汽車來說（目前大部分汽車發(fā)動機的熱效率在28%~33%之間），改用40%熱效率發(fā)動機后，整車的燃油經濟性可以提升15%~20%。
以一輛百公里平均油耗7升，一年行駛15000公里的車來計算，使用熱效率40%的發(fā)動機，一年至少能省下200升汽油，大約可節(jié)省1300元油費以上，而節(jié)省的這200升汽油不僅可以省下不少燃油方面的開支， 還可以為地球環(huán)保做出貢獻。
但是要知道，提高熱效率可絕對不是一件容易的事，以目前慣用做法來看，想要提升汽油發(fā)動機的熱效率主要從四個方面著手，一是提高壓縮比，二是采用直噴技術，三是提高廢氣再循環(huán)率（EGR），四是使用阿特金森循環(huán)。
而說到這，就不得不提馬自達的創(chuàng)馳藍天技術。記得在創(chuàng)馳藍天技術剛剛推出的時候，其廠家就宣稱這套技術擁有高壓縮比的特點，擁有更好的燃油經濟性和動力響應。但是要知道，在老款創(chuàng)馳藍天技術上，它們的做法是采用了阿特金森循環(huán)，在原有的奧托循環(huán)上推遲了進氣門關閉的時間，使膨脹比高于壓縮比，在同樣的壓縮行程下，膨脹行程的增加可以獲得更多的有效功。
而在最新的創(chuàng)馳藍天技術中，馬自達在汽油發(fā)動機中模仿利用了柴油發(fā)動機特有的壓燃點火方式，在原來基礎上再次提升了壓縮比，獲得了更好的發(fā)動機熱效率。但即便把壓縮比壓榨到驚人的14:1，其熱效率也僅剛剛超過30%，這就足以說明提高熱效率是多么困難。
豐田如何打造40%熱效率“神機”？
關于技術理論層面，如何提高熱效率已經被研究得很透徹了，但難就難在怎么應用到量產發(fā)動機上。有些時候為了提升0.05%的熱效率，也需要做數(shù)月甚至半年的實驗來尋求最優(yōu)解決方案，以保證它對其他性能沒有影響，再加上豐田對產品可靠性的執(zhí)著，就更加難上加難。
那么豐田的工程師到底通過什么方法將這臺發(fā)動機的熱效率提升到40%呢？豐田的工程師把進氣道附近缸蓋造型改為略上翹以及優(yōu)化氣門夾角。目的其實很簡單，就是幫助進氣氣流更好地在燃燒室內形成滾流，便于燃油以及空氣的混合，這也是提升燃燒效率的關鍵之一。
而在配氣機構方面，這臺升自然吸氣發(fā)動機使用了進、排氣門雙可變正時技術，并且在進氣端使用了VVT-ie，也就是電控可變氣門正時技術，電控系統(tǒng)反應速度更快、控制精度也更高。
除了發(fā)動機部分，豐田的工程師還為這臺發(fā)動機匹配了全新的8速自動變速箱，官方公布的數(shù)據(jù)顯示，與舊款凱美瑞使用的愛信6擋自動變速箱相比，全新變速箱損耗降低約50%。
就在歐美車企近年拼命推廣發(fā)動機增壓技術及純電動汽車時，豐田則另辟奇徑，將不可能變成可能，成功地將傳統(tǒng)發(fā)動機的熱效率有效提升，以及繼續(xù)改進本已全球領先的混合動力技術，用行動來告訴大家，現(xiàn)階段究竟是什么樣的發(fā)動機技術才是最可靠實用。
正因為有著對目標如此堅定的信念和不懈努力，我們才能看到豐田推出站在世界巔峰的40%熱效率新發(fā)動機，而也有理由相信，豐田的40%“熱效率奇跡”只是個開始，隨著豐田TNGA架構改革的開始，未來還會有更多的驚喜等待著我們去發(fā)現(xiàn)。
