作者：廣汽豐田鏈接：https://www.zhihu.com/question/277761038/answer/3045610792來源：知乎著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權，非商業轉載請註明出處。在純燃油車和純電動車之間，混合動力車型愈發受到青睞，可油可電無焦慮的特點，簡直就是一個兩全其美的存在。近兩年混動技術也是遍地開花，不知道大傢是否註意到，在這些混動技術中，有一個被經常提到的“網紅”詞眼——熱效率。今天豐豐就給大傢講講關於熱效率的那些事。什麼是發動機熱效率？發動機熱效率，是指燃料在氣缸中燃燒做功轉化而來的機械能，與燃料本身所含最大熱能的比值。舉個例子，一升汽油完全燃燒可以會釋放出33580kJ的熱能，而在某款發動機內燃燒後，隻有12000kJ轉化成機械能驅動車輛，那麼它的熱效率就是35.74%

燃料在氣缸中燃燒做功

可見，發動機的熱效率越高，一定程度上，代表它的燃料利用率越高，經濟性越好。輸出同樣多的馬力，它比別人更省油。或者同樣的油量，它比別人跑得更遠。發動機熱效率的發展現狀如何？

第一輛搭載內燃機的四輪汽車

一百多年前汽車誕生的時候，內燃機的熱效率大約隻有20%。經過瞭上百年的技術提升，無數工程師花費瞭大量心血，才提升到瞭今天40%左右的水平。實際上熱效率達到40%以上也就是近幾年的事情，目前也隻有豐田、本田、比亞迪、吉利、傳祺等寥寥幾傢車企能夠做到，而其中豐田是全球最早到達40%這個裡程碑的一位選手。在混動車型上，豐田發動機的熱效率，還能進一步提升到41%。

豐田Dynamic Force 2.5L發動機

41%聽起來不高，但這其實已經非常接近汽車發動機熱效率的極限瞭，再往上提高每一個百分比，都是極其困難的。為什麼？我們可以從熱力學上來剖析一下：首先，發動機是一個將熱能轉化為機械能的機器，根據熱力學定律，熱能是不可能百分之百轉化成其它形式的能力，一定會有部分損失。第二，隻要是機械，就會存在摩擦阻力。一臺發動機的構造相當復雜，由大量的運轉部件構成，因此燃料在氣缸內燃燒做功產生的機械能，有相當大的一部分會被用於克服摩擦阻力。四三，汽車發動機的運轉需要保持在適宜的溫度，既要防止過熱，也並非越低越好，因此一部分熱能是被冷卻系統消耗掉。第四，燃料本身就是難以被完全燃燒的，原因有很多，可能是因為燃料中會有雜質，也可能是燃燒條件的變化令其產生瞭其它產物而無法充分燃燒，大氣中氧氣含量也並非100%，這些因素都令燃料難以完全燃燒釋放所有能量。

如何提升發動機熱效率？實際上各傢車企的發動機，核心都是一個燃料在氣缸內進行活塞運動做功產生機械能的內燃機，隻要這個前提不變，發動機的熱效率就很難再有很大的突破。不過對於人類科技進步的追求和全球環保事業而言，哪怕是一丁點的提升，也是有意義的。所以我們看到瞭很多發動機技術的誕生，都是更省油的同時還不影響動力表現，本質都是對熱效率的追求。那麼提升發動機的熱效率有哪些手段呢？1、提高壓縮比，讓油氣混合氣體受到更充分的壓縮，並且燃燒速度更快，減少瞭熱能損耗的時間。2、降低活塞、凸輪軸等運轉部件的摩擦阻力，從材料、表面塗層、潤滑油等方面下手。3、優化燃油供給系統，采用更高壓力的缸內直噴，使汽油噴射霧化效果更好，能夠更快速且充分地與進入氣缸的空氣形成混合氣，燃燒更完全。4、優化氣缸燃燒室的設計，比如采用具有特殊形狀的活塞，讓空氣被吸入氣缸後形成一定的渦流，讓空氣與燃料接觸更充分。5、優化配氣系統，比如豐田的VVT-i（Variable Valve Timing-intelligent）智能可變氣門正時系統，通過調節進氣門與排氣門的開閉時機，改善進排氣效率，進而提升燃燒效率。

使用VVT-i技術的豐田發動機

通過可變氣門正時系統，還能實現阿特金森循環。其原理是讓進氣門完成吸氣後推遲關閉，使得壓縮行程開始時再空氣從推出去一部分，使做功行程>壓縮行程，膨脹比>壓縮比，減少泵氣損失，提升進氣效率，從而提高熱效率。如今阿特金森循環循環已經成為很多混動系統提升熱效率的靈丹妙藥。實際上提升發動機熱效率是一個系統性工程，單個方面做得好是不夠的，而是綜合性地優化各個方面，才能避免短板效應，提升整體熱效率。發動機熱效率越高越好嗎？發動機熱效率高車子就一定省油嗎？熱效率一定是越高越好嗎？實際上熱效率高的發動機，確實更有利於節油。但一輛車的油耗並不隻由發動機決定，變速箱、底盤、車重等部件，也是非常重要的音響因素。說白瞭就是發動機熱效率高是一回事，但如果其他地方比較拉胯，優勢就會被抵消掉。對於增程式車型，熱效率的確越高越好，因為內燃機作為增程器，隻發電不驅動，由於不涉及傳動和變速的問題，發動機絕大部分時間裡都可以運轉在比較理想的工況，熱效率越高意味著同樣的燃料可以發更多的電給到電池。但增程式車型在電池電量低的時候，內燃機的發電負荷陡增，難以維持在高效區間，這也就是為什麼增程式車型虧電很費油的原因，這是動力系統構型上的天然短板。

增程式結構原理

對於混動或插混車型而言，高熱效率同樣可以帶來更好的節油性。因為驅動電機的加入，可以避開發動機效率不高的低轉速區間，讓發動機運轉在高熱效率的轉速范圍。但不像增程式車型，混動車型的發動機在動力需求比較大的時候是參與驅動的，因此過於追求高熱效率意味著加速性能會打折扣，反而得不償失。

油電共驅

豐田的Dynamic Force 2.5L發動機搭載在凱美瑞、威颯等智能電混雙擎車型上，可以達到41%的熱效率，便是工程師經過無數試驗，最終在動力性和節油性之間取得的完美平衡。

凱美瑞智能電混雙擎

除瞭對動力性的影響之外，過度追求高熱效率也會帶來成本和壽命的問題。舉一個比較極端的例子：F1賽車的發動機熱效率可以達到驚人的50%，但壓榨動力的代價，就是壽命隻有5萬公裡，並且單臺發動機的成本就達到瞭1500萬元以上。因此對於民用車而言，高熱效率的發動機如果帶來瞭整車成本的急劇上漲，並且以犧牲耐用性為代價，也是沒有意義的，最終利益受損的還是消費者。總結“熱效率”成為熱詞，反映的是當下汽車行業對於內燃機技術的日益內卷化，同時也體現出消費者認知水平的提升。理論上來說熱效率越高，節油性也更好，但對於一輛由數萬個零部件構成的汽車，不能單看熱效率這一個數字。在保證動力系統的動力性和耐久性的前提下，熱效率的提升才是有意義的廣汽豐田智能電混雙擎高達41%的熱效率處於行業領先地位，但基於全球超過兩千萬用戶建立起來的品質口碑，才是豐田混動核心優勢的最佳體現。