发动机热效率 汽车热效率的介绍
在我们日常讨论汽车时，常常会提到“发动机热效率”。例如，某款车的发动机技术非常先进，热效率达到了XX%；甚至有时候，我们会听到某些国产发动机的热效率超过了合资品牌的发动机。那么，发动机的“热效率”究竟是什么意思？为什么它不能达到百分之百？高热效率的发动机真的意味着更省油吗？而如今普遍使用的涡轮增压发动机，和自然吸气发动机相比，谁的热效率更高呢？柴油机为何热效率更高？本文将解答这些常见的疑问。
什么是发动机热效率？简单来说，热效率是指发动机所能利用的燃料热能与燃料中总热量的比值，也可以理解为发动机将燃料中热能转化为有效动力的能力。这个概念其实来源于热力学，用百分比来表示。在实际计算中，假设一升汽油完全燃烧后释放了33580的热量，而其中有10000转化为发动机输出的功，那么此时发动机的热效率就为：
10000÷33580×100%=29.8%
显然，热效率的数值并不会达到100%。即使发动机做得再好，依然会有大量的能量被浪费掉。
对于我们日常用车来说，虽然不需要亲自去计算这些数据，但我们应该知道，发动机的热效率在设计完成后基本是固定的。汽油机的热效率大约在30%到40%之间，而柴油机的热效率稍高，一般在35%到45%之间。那么，剩余的50%到60%的能量去哪儿了呢？这些能量大多被转化为各种损耗，譬如机械阻力、泵损耗、排气损耗、冷却损耗以及未燃烧的燃料等。这些因素共同作用，导致了发动机热效率的降低。
但为什么这些损失不能被有效利用呢？热力学定律告诉我们，热能转化为其他类型能量时不可能做到100%效率；机械摩擦是无法避免的，发动机运转时摩擦力会产生损耗；发动机需要维持一定的工作温度和体积，这也会导致冷却损耗。再加上燃料不可能完全燃烧以及其他原因，最终热效率难以达到100%。
事实上，现代发动机能达到40%以上的热效率，已经是一项非常了不起的技术进步。回想一下，早在一百多年前，发动机刚刚诞生时，最高热效率甚至还不到20%。经过几代汽车工程师的不断努力和创新，今天的发动机热效率已经接近了理论极限，每提高一个百分点，都是技术上的突破。
那么，如何提升发动机的热效率呢？对于汽油发动机来说，最有效的方法是提高发动机的压缩比，这也是当前许多新款发动机压缩比不断提高的原因。除此之外，减少机械摩擦、使用低摩擦、低弹力环，以及更优质的润滑油等，都是提升热效率的手段。优化燃油供给系统、采用高压直喷、优化进排气道设计、配备可变气门正时等技术也有助于提高效率。甚至像阿特金森循环的应用，也能帮助提高热效率。
对于柴油发动机，除了上述的技术外，增加喷油速率、多次、提升进气压力等技术也可以进一步提高热效率。
目前市面上，热效率较高的发动机包括丰田的DynamicForce系列2.5L发动机，热效率为40%~41%；本田的L15B型1.5T涡轮增压发动机，热效率为38%；大众的EA211 1.5L TSI Evo发动机，热效率为37.5%；日产2.0T VCTurbo可变压缩比发动机，热效率为38%～39%。而马自达的SKYACTIV-X发动机采用超高压缩比和压燃技术，热效率可达50%。比亚迪的骁云1.5L插混发动机，热效率也达到了43%。这些发动机通过一系列优化技术，达到了较高的热效率。
许多人误以为发动机的热效率是一个固定值，认为某款发动机的热效率始终保持不变。其实，发动机的热效率会随着不同的工作条件而变化。在城市交通的拥堵路况中，发动机的热效率往往只有20%左右；而在高速公路上，热效率可能达到30%。最理想的热效率出现在“大负荷、低转速”的工况下，例如在爬坡时，发动机在全负荷情况下转速较低，摩擦损耗较少，此时热效率较高。通过查看发动机的特性曲线，我们可以发现，燃油消耗最低的区域基本上也就是热效率最高的区域。
热效率高的发动机就一定省油吗？答案是否定的。发动机的热效率确实影响了燃油消耗，但这并不是唯一因素。汽车的整体油耗还受到变速箱、底盘、车重等多个方面的影响。单纯看发动机的热效率，并不能完全决定一辆车是否省油。
柴油机的热效率通常比汽油机更高，原因有几个：柴油机的压缩比更高，燃料压缩得越厉害，释放的能量就越多；柴油机普遍采用稀薄燃烧方式，空气量大大超过燃料量，燃料几乎能完全燃烧。再加上柴油本身的热值较高，行程较长，这些因素共同作用，使得柴油机的热效率较高。这也是为什么卡车普遍使用柴油发动机的原因之一，尽管它们的油耗看似很高，但实际经济性要远好于同等吨位的汽油机。
那么，关于涡轮增压发动机和自然吸气发动机的对比，哪种热效率更高呢？答案是自然吸气发动机。在相同的排量下，涡轮增压发动机因为增加了涡轮增压器，会造成进排气过程中能量的大量损失，同时多气缸设计会增加摩擦，导致热效率下降。实际上，小排量涡轮增压发动机是一种技术妥协，严格来说在技术上并没有很大的优势。热效率较高的发动机通常是自然吸气发动机，尤其是在经济转速区间更为明显。很多小排量涡轮增压发动机的经济转速区间较窄，如果没有匹配得当的变速箱，燃油经济性往往不如预期。
随着车企不断追求发动机小型化，三缸发动机逐渐进入了市场。虽然许多人对三缸发动机的平顺性和稳定性有所担心，但从热效率的角度来看，三缸发动机往往会表现得更好。在相同排量、相同技术条件下，三缸发动机的热效率要优于四缸发动机。这也是为什么像丰田这样的品牌，会选择将一些车型从四缸发动机换成三缸发动机，原因就在于提高了热效率和燃油经济性。
发动机热效率的提升是汽车技术发展的重要方向之一，它直接关系到汽车的燃油经济性和环境影响。尽管现代发动机的热效率已经接近极限，但随着技术的进步，未来我们仍然有可能看到更加高效的发动机。
