百公裡燒3升油,傳統燃油車如何能做到油耗不輸混動車?

2020-12-24 線外邦

今天我們要探討的是一個技術性問題,那就是傳統燃油發動機的油耗,在現有條件下能不能做到媲美混動技術的水平?

就比如第14代軒逸,一個月前的節油比賽給人的印象就相當深刻,滿載跑完850公裡,最低3升多的平均油耗,甚至會讓人產生錯覺,你是不是開的混動車?但其實不光是軒逸,前不久長安逸動PLUS的節油賽上,同樣有人跑出最低3升多的成績,更何況那還是1.4T的發動機。

儘管節油比賽的駕駛方法和日常開車肯定有區別,但同樣的車,日常生活中並不缺乏真實開出4~5升的案例,這跟二三十年前相比,明顯進步了不少。那我們就來看看,究竟是些什麼高科技,讓傳統燃油發動機在面臨日益嚴苛排放法規的同時,油耗不斷在降低。

在這之前,大家需要了解一項指標,那就是發動機的熱效率,簡單理解就是燒了那麼多油,到底有多少是用在了驅動汽車上面,熱效率越高,也就代表著省油。按目前在售車型來看,豐田在自然吸氣領域41%的效率算是領先的,而渦輪增壓發動機之中,長安藍鯨NE1.5T在某些工況做到了40%,同樣是行業先進水平。

熱效率高的發動機,他們之間其實是有共同點的,那就是從強化燃燒、降低摩擦和阻力、減少熱損失等方面都同步更新著行業最新的技術應用。

越來越高的壓縮比,只是為了壓榨功率嗎?

最為核心的,在強化燃燒方面,如今汽車廠家的措施已經體現在了每一個衝程的每一道環節上。但無論什麼手段,最終都是圍繞著提升壓縮比在下功夫。

提升壓縮比的直接目的是提升功率,但在相同負載的情況下,因為發動機功率和車重比值的增加,油耗也會相應得到改善。比如前面我們提到的軒逸,它最新一代車型用的是日產第三代HR16自然吸氣發動機,壓縮比提升到了10.8(上一代車型為9.8),帶來的直接結果,就是功率和扭矩同步增加的同時(功率增加9kW,扭矩增加4Nm),油耗卻降低了0.3升/百公裡。

所以,當我們看到馬自達最新的Sky Active-X壓燃式汽油發動機壓縮比突破了15,就絲毫不會覺得奇怪。而且,同樣的排量,馬自達新款發動機的油耗比起老款降低了0.6升/百公裡。

當然,傳統內燃機理論中,高壓縮比代表著汽油機存在爆震的風險,但在氣門智能調相、稀薄燃燒、高壓直噴、多點噴射、擾流控制等前沿技術大量應用的前提下,工程師們實現了預期中「魚和熊掌兼得」的效果。像馬自達創馳藍天X獨特的SPCCI(火花點火控制壓燃點火)技術,還專門匹配了一套機械增壓系統,負責往氣缸裡面泵空氣。

裡面有些專業稱謂,可能一般人不大理解,我簡單做個說明:

「氣門智能調相系統」也就是常說的「VVT」之類,簡單理解就是進、排氣門都能智能控制開閉;

「稀薄燃燒」就是氣缸內空氣與燃油比例超過常規,氣多油少,每次燃燒儘量少浪費燃油;

「高壓直噴」就是噴油嘴設置在氣缸內,由於裡面氣壓太高,需要更高的噴油壓力支持,如今車企常掛在嘴邊的「採用350bar高壓直噴」便是此意;

「多點噴射」就是每個缸(或歧管)噴油嘴不止一個,而且,為了霧化效果好,每個噴油嘴會有十幾個噴孔;

而「擾流控制」就是為了優化燃油霧化效果,使燃燒更充分而專門針對進氣道進行的細節設計,比如增加閥門和傳感器。

除此之外,為改善燃燒並降低排放,如今越來越多汽油機也採用了柴油機上非常普遍的EGR廢氣再循環技術——日產第三代HR16發動機就用了這項技術,僅此一項,便實現了最高6%的節油效果。而伴隨著EGR的使用,中冷技術也很常見了,因為排氣溫度太高,加之集成式排氣歧管和渦輪增壓技術的推廣,也會使進氣溫度明顯增加,但進氣溫度卻需要低點好。

上面只是簡單列舉了傳統燃油發動機為改善動力和降低油耗常用的幾項技術,深究起來其實還有更多大家都沒怎麼聽過的詞彙,在此就不過多贅述了。

減少內部消耗和熱損失,一個都不能少

如果說,直接著手燃燒層面去解決法規和人們期待的「希望馬兒跑得快,同時還要吃得少」的問題是「開源」的做法,那麼接下來我們要談到的就是屬於「節流」範疇了。

簡單說,就是如何讓發動機內部機械損失儘量少,如何讓熱損失減少。

先說前者。我們還是以日產HR16為例,它第三代機型引入了同級車首次用到的「鏡面熔射缸孔技術」,說白了,就是取消了傳統發動機的缸套,直接在缸孔內壁噴金屬塗層——據說這層合金塗層只有0.2毫米厚,導熱性大為提升,確保壓縮比提升到10.8之後也不會發生爆震,但同時,這層熔射金屬膜比傳統缸套更光滑,有利於減少摩擦損失。該技術此前在日產「戰神」GT-R上使用,也是一些豪華品牌的專享,如今終於在十萬級家用車上出現。

可要說到減少發動機內部消耗,「可變排量機油泵」是怎麼也繞不開的一道坎兒。近幾年但凡有新發動機亮相,車企都會著墨強調這一點,因為此舉能實現2%的節油目標。它的原理其實很簡單,就是根據發動機適時工況,在發動機轉速低的時候增加機油量,轉速高的時候又控制一下過多的機油,精確控制潤滑系統的同時,也減輕發動機的功率消耗。

既然機油泵都要為節能降耗做出貢獻,那機油作為重要參與者,肯定也要發生變化。近些年,我們看到低粘度機油(市場上最常見的0W-20)越來越盛行,便是為減少發動機內部摩擦損失而出現的趨勢。之前一汽曾經做過一個實驗,採用NEDC循環,20粘度等級的機油,比30粘度的節省燃油1.67%。但筆者並不是建議大家都去換低粘度機油,首先得看自己的車能不能用,而且具體省油多少還得看實際駕駛習慣。

接下來要說的,就是減少熱損失方面,在這其中,首先要談的就是「缸蓋集成排氣歧管」。在奔馳AMG三個月前發布的M139發動機上,就將上一代M133的布局方式扭轉了180度,排氣歧管集成在後端缸蓋上,這樣做的其中一個好處就是減少熱損失——因為廢氣溫度高,直接集成在缸蓋上之後,能大幅縮短冷車時的熱車時間。我們無意去評價一臺AMG的節油性能,但如今包括自主品牌都在用這項技術,比如長安、長城、吉利、奇瑞、廣汽、比亞迪等。因為它不光是能減少熱損耗,還具備減輕發動機重量、降低重心、減少渦輪遲滯、提升動力等多重功效,完全就是一舉多得的事情。

而在減少發動機熱損失方面,如今的新車很多都具備智能熱管理技術,也就是根據溫度、壓力、發動機轉速、車速等因素,對冷卻系統進行更加有效的控制,確保發動機和變速箱快速進入最佳工作溫度。包括常見的主動閉合式進氣格柵,也都屬於這個範疇。

『 最後說說 』

說了這麼一大堆,其實還有一點很重要的節油因素沒有告訴大家,那就是減重。之前有個說法,同一款車,車重每增加100公斤,百公裡油耗就會增加0.3~0.5升,甭管這個數據夠不夠嚴謹,至少也反映出一個趨勢——車重是影響油耗的最主要因素之一。

所以,無論發動機自身,還是車輛其他部位,能輕的地方儘量輕,車上能不放的東西儘量不放,其起到的節油效果,有可能會超過上述一大堆「開源節流」措施的總和,這也正是樹脂材料和鋁合金材料在車上出現得越來越多的原因。而且,包括前面提到的一些技術上,其實都有著減重的雙重功效,比如鏡面熔射缸孔、缸蓋集成排氣歧管等,因為減少了材料使用,重量自然就輕了。

然後回到我們開頭的話題,傳統燃油車有沒有可能實現跟混動一樣的油耗表現?對此我只能說,差距會縮小,但傳統燃油發動機與電的融合已經無法避免,2035年,國內在售燃油車將全是混動——這就是傳統燃油發動機的出路,也是行業發展的大方向。

另外,對於普通人來說,自己的車用了哪些技術和材料是無法改變的,如果是基於省油的目的,那就不妨從自身駕駛習慣做起,避免大油門,減少不必要的剎車,駕駛途中多關注前方遠處的交通狀況,再來決定油門的深淺,才是日常開車省油的保障。

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