发动机热效率是什么？它在实际使用中扮演着怎样的角色？

发动机热效率，也被称作“发动机有效效率”，是衡量发动机经济性的重要指标。它指的是发动机有效功率的热当量与单位时间内消耗燃料的含热量的比值。简单来说，热效率就是燃料燃烧后转化为动能的能量与燃料总能量的比率。然而，一般汽油发动机的热效率大约只有30%，意味着有70%的燃烧能量被浪费，包括机械阻力损耗、泵损耗、排气损耗、冷却损耗和未燃损耗等。为了提高燃油经济性，发动机工程师们致力于利用这部分浪费的热能。目前，涡轮增压和混合动力技术是提升汽油机燃效的两条主要技术路线。丰田作为混合动力技术的领导者，不仅研发混合动力技术，还致力于提高发动机本身的热效率。一汽丰田IZOA奕泽搭载的全新2.0L Dynamic Force Engine，通过多项技术创新，实现了40%的热效率，达到了汽油机史上的巅峰。这些技术包括激光熔膜进气门座、优化进排气歧管相对位置、缩小缸径冲程比、D-4S双喷射系统、VVT-iE进气、减少摩擦和13:1高压缩比等。这些措施使得TNGA 2.0L发动机功率提升了18%，油耗降低了25%，在保证燃油经济性的同时，动力性能也处于同级优秀水平。与斯巴鲁XV的FB20 2.0L水平对置发动机和长安马自达第二代CX-5搭载的创驰蓝天2.0L发动机相比，TNGA 2.0L发动机在最大功率和最大扭矩上都具有明显优势。在涡轮增压和混合动力技术日益普及的今天，丰田TNGA平台和马自达创驰蓝天技术为自吸发动机阵营带来了新的希望，成为自吸死忠们的理想选择。

发动机的热效率，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，用以评定发动机作为热机的经济性。书面上的解释有点不那么通俗，简单地说，热效率就是燃料燃烧后被发动机有效利用并转化为动能的能量，跟燃料能量的之比。

一般汽油发动机的热效率仅为30%左右，其余70%的燃烧能量都被浪费掉。被浪费掉的能量包括：机械阻力损耗、泵损耗、排气损耗、冷却损耗和未燃损耗。这些损耗占燃料热能的比例可大致参考下图。

发动机工程师们认为，只要能利用到浪费掉的70%热能中哪怕很小的一部分，发动机的燃油经济性就会有极大的改善。其实目前自吸发动机还大有潜力可挖，就看如何合理地对发动机进行设计。各大汽车制造商都在寻求提升汽油机燃效的方法，只有把汽油的能量尽可能多地用于推动汽车工作，内燃机才能在日益严苛的排放法规下，在可持续发展的道路上继续走下去。出现了两条技术路线，一个是采用涡轮增压，另一个则是混合动力。这两条技术路线的共同点是：都在发动机外部寻求较复杂的解决方案。而丰田作为全球混合动力技术的佼佼者，除研发混合动力技术以外，同时也致力于提高发动机本身(发动机内部)的热效率。

一汽丰田IZOA奕泽是继全新凯美瑞之后，丰田TNGA平台的第二弹。丰田TNGA是一个完整的架构平台，发动机是整个TNGA平台的重要一环，高得惊人的热效率使它一鸣惊人。丰田全新2.0LDynamicForceEngine发动机除了搭载了旗下VVT-iE马达驱动可变气门正时系统，还进行了全面的重新设计，这使得这台2.0L直四发动机达到这个汽油机史上巅峰的、领先世界的40%热效率。下面对这台发动机的出色技术进行分析解读：

1、DynamicForceEngine

DynamicForceEngine采用了多种虽不算颠覆行业的黑科技，但所有的突破和改进整合在一起，却对发动机热效率的提升起到了显著的作用。

激光熔膜进气门座，使得进气道变得更“直”，空气进入气缸的过程变得更顺滑，流速自然得到提升；

进、排气歧管的相对位置优化，进、排气门之间的夹角由31°扩大至41°。夹角的增大使得气流在气缸内”翻滚“得更激烈；

进气门座下端引入了新设计，剖面看起来就像一个锋利的尖角，目的也是使气流从四周向中心集中，增强滚流效果。

2、缩小缸径冲程比(Bore/StrokeRatio)

TNGA2.0L发动机的冲程增加到103.4mm，缸径则从90mm缩小至87.5mm。跟以往日系高转性能车想方设法增大缸径冲程比的做法不同，更小的缸径冲程比，意味着冲程比缸程要大，剖面看气缸就类似一个打竖的长方形。冲程更长且缸径更小的设计，有利于提升低转速区的扭矩输出，另外还能减少热能散耗。

3、D-4S双喷射系统

D-4S双喷射系统结合了直喷和电喷系统的优点。D-4S双喷射系统可于冷车或者是低负荷的时候采用歧管喷射，在需要高负荷的时候才切换至缸内直喷。相比单纯的直喷发动机，丰田D-4S双喷射技术能很好的避免碳氧化物的产生，同时保留节能特性。

(D-4S双喷射系统示意图)

4、VVT-iE进气

VVT-iE扩大调节范围的电控可变气门正时技术。此技术的亮点是使用了电机取代了以往的电磁阀来切换正时调节器的液压油路，来控制进气门的正时。优点是切换速度更快，进气门开闭响应更迅速，时机更精准并且可实现无级调节，同时调节范围也更广。这也是提升压缩比和提升燃效的重要技术之一。

(VVT-iE技术示意图)

采用VVT-iE系统后，可以从多方面提升发动机的性能。在发动机怠速运转时，可以消除气门重叠，减少废气进入进气道，从而稳定怠速转速，提高燃油经济性。在发动机低转速范围，小至中负荷时，增大气门重叠，延迟关闭进气门，增加内部EGR，减小泵气损失，从而提高燃油经济性，改善排放控制。在发动机低至中转速范围，提前关闭进气门，提升容积效率，从而增加低至中转速范围的扭矩。在发动机高转速范围，延迟关闭进气门，提升容积效率，从而提升输出功率。在发动机温度较低时，可以消除气门重叠、减少废气进入进气道及稳定快怠速时的转速，提高燃油经济性。在发动机起动及停机时，可以为发动机起动优化气门正时控制，从而提高起动性能。

5、减少摩擦

为了减少摩擦，这台TNGA2.0L活塞的滑动表面也经过了镜面精加工，同时还通过激光产生了较窄的十字凹槽用来提高耐磨性。

6、13：1高压缩比

丰田TNGA发动机压缩比可达13：1。包括马自达在内的许多主机厂，近年来都是大谈压缩比。压缩比是活塞做功过程中，下止点时的气缸容积跟上止点时的气缸容积之比。一般汽油发动机的压缩比为11：1左右。

为什么提高压缩比就可以提升效率呢？以弹簧为例，压缩弹簧的程度越大，产生的反弹力就越强。再以弓箭为例，弓被拉得越开，射出的箭就会越远。对于发动机来说，压缩比越高，燃烧等量的燃料，产生的动能就会越多，因此能提高发动机的燃效。压缩比越高，理论上燃效越高。主机厂都想方设法提升压缩比，但太高的压缩比会导致爆震的发生。所以在使用92号汽油的前题下，需要大幅提升压缩比，必须结合最新的燃油喷射技术和设计优秀的进排气门可变正时系统。丰田的D-4S双喷射系统和VVT-iE可变气门正时系统的加持，使这台TNGA发动机可以稳定地在国内油品的情况下达到13：1的高压缩比。跟马自达第一代创驰蓝天的情况相似，13：1的压缩比应该是受制于国内的油品，在岛国推出的车型和混合动力车型，压缩比可以达到更高的14：1的水平。

以上几项措施带来的效果是，TNGA2.0L发动机功率提升了18%，油耗降低了25%！搭载这台最新发动机的一汽丰田IZOA奕泽，能在6600rpm时输出126Kw/171马力的最大功率，并4800rpm时提供203牛·米的最大扭矩。在保证燃油经济性的大前题下，它的动力仍处于同级优秀的水平。

我们拿同样来自岛国的斯巴鲁XV上的FB202.0L水平对置发动机，和长安马自达第二代CX-5搭载的创驰蓝天2.0L发动机作为对比，因为随着本田全面转投小排量涡轮阵营，斯巴鲁、马自达和丰田俨然已经成了坚守自吸阵营的最后勇士……不好意思，差点漏了日产。

马自达创驰蓝天2.0L发动机，跟TNGA全新2.0L自吸发动机有着相似的技术，包括DualS-VT电控双可变气门正时系统，和13：1的压缩比，但由于出生年份相隔都有好几年，CX-5上的这副2.0L创驰蓝天发动机最大功率只有114Kw，与TNGA2.0L发动机差距确实有点大了；最大扭矩200N·m，比TNGA2.0L还是逊色了些。

斯巴鲁全新SGP平台的XV，带来了大幅改良的水平对置FB202.0L发动机。水平对置发动机有运转平顺、重心低、声浪悦耳等等优点。然而，就算是上市时间并没多久的斯巴鲁XV，其搭载了FB20水平对置发动机最大功率也只有115kW；最大扭矩只有196N·m，在三个竞品发动机中处于劣势。

在涡轮增压大行其道，混合动力慢慢兴起的今天，我们乐于听到有来自吸阵营的强音。对发动机进行全方位的重新思考和推翻重来，马自达创驰蓝天技术和丰田TNGA平台都令人敬佩，也可能是自吸死忠们所剩不多的理想选择。

———————分割线———————

小新技研的百度58汽车专栏：玩车有志

以上内容由58汽车提供。如有任何买车、用车、养车、玩车相关问题，欢迎在下方表单填写您的信息，我们将第一时间与您联系，为您提供快捷、实用、全面的解决方案。