提升1%堪比登天 聊聊热效率的那些事儿

【卡车之家 原创】在2020年9月16日，潍柴率先发布了全球首款突破50%热效率的商业化车用柴油机；玉柴在2020年已经完成了50%热效率内燃机的技术研发工作；2021年9月，康明斯发布了量产热效率达48%的15L国六车用发动机，预计年底将由东风康明斯率先生产；解放动力预计2025年实现热效率达到55%的目标......

近年来，“发动机热效率”这个词儿不断地出现在各位卡友的面前。国内外各大动力生产厂商，不管是乘用车企业还是商用车企业以及动力供应商厂家，都在“你追我赶”的开展提升热效率的“军备竞赛”，甚至有的卡友说：“谁的热效率高，谁的发动机就牛！”

这句话确实没什么毛病，热效率是一台发动机性能好坏十分重要的一项指标。那么，发动机热效率究竟是什么？提升热效率究竟有什么作用呢？今天，我们一起聊聊，关于发动机热效率这些事儿！

▎先上科普小知识 发动机热效率究竟是什么？

发动机热效率，又称“发动机有效效率”。是指发动机有效功率的热当量与单位时间所消耗燃料的含热量的比值。

说的通俗易懂一些，在汽柴油燃烧的时候，会产生能量（热能），燃油在发动机气缸内燃烧产生能量（热能）通过爆炸的方式推动活塞运动，从而转换成机械能。我们都知道，发动机缸内的热能并不能100%转化成机械能，其中的转化率的数值就是发动机的热效率。

举个例子说明一下，比如燃料燃烧，产生了100个单位的热能，但是这100个单位的热能只转化了40个单位的机械能推动车辆前进，那么这个时候的发动机热效率就是40%。

而且明确的是，这个热效率并不是代表着这个发动机的一个“固定数值”，在这个过程中，只有一个范围或者一个点，发动机的热效率能够达到40%。

如果因为驾驶方式或者路况导致了发动机转速、扭矩等数值的稍微变化，热效率就会下降，所以并不是发动机的整个工作区间范围都是40%。

说到这里，肯定会有卡友会询问，这个能量转换的效率很低啊，如果热效率是100%的话，会是什么情况？

至少在我们这个世界位面之中，热效率实现100%是完全不可能的，热效率实现100%就是意味着燃料燃烧的热能在完全没有损耗的情况下转化为了机械能，不仅不符合物理中的“热力学定律”，同时，汽车暖风，汽车尾气等发动机热量外散现象不会产生。

而且对于发动机体来说，没有了热量外散现象，发动机冷却系统也将不复存在，现有的发动机缸盖缸体的材料也是无法长时间抵抗燃料燃烧时的高温的，或许我们提升了文明等级，还能做到，起码现阶段来说，热效率达到100%，这是不可能实现的！

▎现阶段常见的动力源 热效率大概是多少？

看完了发动机热效率的小科普之后，我们再来看看现阶段我们常见的动力源的热效率大概是多少。

首先我们看看“发动机之祖”的蒸汽机：在“工业革命”时代的蒸汽机，按燃料热值估计其热效率约为3%左右；1840年，凝汽式蒸汽机总效率可达8%；到了20世纪，蒸汽机的最高热效率达到20%以上。

我们再来看看我们比较常见的内燃机，首先先说小车和蓝牌车辆常用的汽油机：现阶段来说，汽油机的热效率主要集中在35%-42%之间，以现有资料来看，目前汽油机最高热效率的发动机是由比亚迪研制的一款发动机，热效率达到了43.04%。

那么我们卡友比较熟悉的柴油机和燃气机的热效率表现如何呢？相对来说，在相同的技术之下柴油发动机的热效率比汽油机要高一些，燃气机的热效率大致与柴油机基本持平（或略低）。

近年来我们车用柴油机的热效率基本是40%—46%左右，目前热效率最高的车用柴油机发布的就是潍柴的热效率50%发动机。

除了这些，还有船用机，其中低速柴油机的热效率已经达到了50%以上；工业（如发电站）、航空等用途的燃气轮机，其热效率最高能达到63.08%左右。不过船用机和燃气轮机在陆地上使用较少，基本都是船用、航空用，现阶段采用燃气轮机的陆地工具只有主战坦克，在这里就不展开过多的赘述。

▎车用发动机提升热效率 为何成为动力厂商新的竞争点？

在解释这个问题之前，我们首先要了解，以现阶段的技术来看，目前柴油机提升1%的热效率，已经属于一项非常大的技术突破。

热效率越高，意味着发动机的材质、工艺等提出了更高的要求；毕竟柴油机由几千个零件组成，热效率的提升是一项庞大的系统工程。提升热效率不仅受到热机理论限制，还要实现发动机的热效率、动力性能以及耐久稳定等诸多方面的兼顾，而且不可忽视的是，受制于材料和技术的发展，喷油、散热、进气、材质方面的改进都是有着突破难点的。

而且，如何做到功耗和燃油经济性之间的极致平衡，让发动机确保热效率与动力性统一，并在更多工况范围内处于高效率工作区间，也是技术研发的难点所在。

现如今的发动机研究似乎已经进入了瓶颈期，所以会说，目前柴油机有效提升1%的热效率，其难度堪比登天。

既然提升热效率如此的困难，为何各大动力厂商还要加速布局研发，成为了市场的新竞争点？

这就不得不提热效率提升所带来最直接的效果：省油！毕竟，热效率越高，热能转化为动能的数值就越高，油耗自然也就越低。

根据数据，如果我们将柴油机的热效率按照46%估算，如果提升至50%热效率，柴油消耗将降低8%，这样的直接收益我们不容忽视。

而且，如今我国的“30 60双碳”目标下，提高发动机热效率不仅可以实现终端用户带来省油的收益，同时也多了一层战略意义。

随着“双碳”、“节能减排”的提出，内燃机面临着能源安全和温室气体减排的双重挑战，目前行业内普遍认为采用两种方式：其一就是提高发动机热效率，其二是采用氢燃料、纯电等替代能源。

各大厂商除了着力发展替代能源产品之外，在传统内燃机领域也将提高热效率视为了技术创新的重要方向。毕竟，热效率越高，燃油消耗越少，节能减排的效果就越显著。

或许正是因为这样，提升车用发动机的热效率，成为了现如今国内外汽车全行业的新的竞争点。

发动机热效率的不断提升，对于我们卡友来说是一件好事，在整车匹配度和稳定性有保障的情况，高热效率的发动机所带来的直接受益可以降低我们日常运营的使用成本。但我们也不能仅仅看发动机的“账面数据”，盲目追求“最高热效率”。

毕竟，我们日常运营的车辆是一个“整体”，其中也要关联变速箱匹配，包括行驶系统，风阻，重量，甚至司机驾驶习惯等诸多因素。

所以，对于我们终端用户来说，不能盲目的看重“发动机的最高热效率”，而是需要看重在运用技术提升热效率的同时，各个系统的配合程度是否高效，行驶工况是否始终保持稳定。

●  编后语

提升发动机的热效率的确代表了动力厂商在技术研发方面的前瞻性和先进性，但是，我们也不能将目光单纯的放在提升热效率之上，如何兼顾热效率与动力性和稳定性的“黄金匹配”才是真正的难点所在。（文/张夼源）