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发动机配件 卡车小百科(55):什么是发动机热效率?
空博文 POST:2020-10-11 08:00 复制链接 看图
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2020年9月16日,潍柴集团在中国山东济南举行发布会,正式发布全球首款突破50%热效率的商业化柴油机。据潍柴介绍,这台柴油内燃机搭载了包括协同燃烧技术、协调设计技术、排气能量分配技术、分区润滑技术、智能控制技术在内的诸多先进技术,最终这台发动机本体突破50%的热效率,达到了50.26%。

50%热效率意味着什么,什么又是热效率?今天的卡车小百科,我们就来讲讲发动机的热效率。

物尽其用——热效率

对于往复式内燃机而言,热效率(thermal efficiency)指的是缸内气体对活塞做的功和放热量的比值。然而除了热效率外,内燃机还有燃烧效率和机械(摩擦)效率。

燃烧效率指的是缸内燃料完全燃烧的程度,这个燃烧效率目前一般都在90-95%以上。一台发动机的热效率如果是50%,并不是说缸内有一半的燃料烧掉了。而是缸内的燃料燃烧以后,只有50%的能量转化成机械动能。

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而机械(摩擦)效率就很好理解,就是发动机在运转过程中,各类机械转动时需要克服的(摩擦)阻力。阻力越小,效率越高,如果阻力过大,机械效率自然就低下了。

因此,燃烧效率、热效率、机械效率相乘,可以认为是整个发动机的总效率,也就是发动机的热效率。

简单来说,发动机热效率就是发动机将热能转化为动能效率的衡量标准,热效率越高,燃油利用越充分,节能减排的效果就越明显。

“臣妾做不到啊”——把浪费的燃料利用起来

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我们的柴油发动机达到了50%的热效率,那剩下的50%左右的能量都跑到哪里去了?其实,驾驶室下方的滚滚热浪、水箱里的冷却液、排气管排出的热气、引擎轰鸣的噪声,这些就是没利用到的那50%的能量。

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百公里33升的油耗,驱动车辆行驶的部分只占了17升左右,剩下的部分,都从排气管及其它地方消耗掉了。换句话说,你加5000块的油钱,2500块都真的是“烧”掉的。那么,如何提升发动机的热效率呢?

提升马力好解决,多喷油、多泵气,多气缸就行。然而提升热效率不同于其它项目那样简单粗暴。提升热效率是一个精细求精的过程,需要在整个发动机层面上的各个细小环节细细打磨,才能达到提升热效率的目的。

举例几个提升发动机效率的例子来说。

1、提升发动机的(进气)泵气效率,减少泵气时的能量损失,我们需要尽可能的优化进气通道,并尽可能的打磨进气道的内壁,让空气顺畅的流入到气缸内。

2、为了降低发动机内部(附属)的机械摩擦力,目前越来越多的设备例如空调压缩机,起动机等,不再使用皮带传动,采用齿轮传动的起动机和电驱动的空调压缩机,可以大幅减少发动机的运转阻力。

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电控离合的硅油散热风扇也能够减少传动损失,减少能源浪费,同时还能提高热管理能力。

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与凸轮轴接触的气门挺柱,也由以前的滑动摩擦改为滚动摩擦。以前是凸轮轴直接与气门杆接触,仅靠机油润滑来减少摩擦。现在为了进一步减少阻力,气门杆顶部也集成了一个轴承,将滑动摩擦变为了滚动摩擦,进一步减少运转阻力。

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现在,还有一种前沿发动机气门技术,这个技术直接取消了凸轮轴、正时链条等部件,气门开合全靠电控(液压\气压)控制,不仅省掉复杂的机械结构,大大减少了机械摩擦,而且电控的气门可以随意控制开闭时间和开合角度,是未来发动机的发展方向。然而这一切仅仅是提升发动机热效率的沧海一粟。

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沃尔沃甚至还有一种技术,回收多余的排气余热和压力来推动涡轮,从而带动曲轴转动,最多可以提供300牛米的额外扭矩,并提升车速,降低油耗。

总的来说,提升发动机的热效率,主要方向就是降低摩擦、减少泵气损失、余热收集利用、电控执行等等。作为一个世界性的难题,在目前阶段的全球量产车中,最高汽油机热效率仅达到42%左右。而柴油机由于工作方式和汽油机有所差别,效率稍高一些,多为45%左右。目前潍柴发布的这款发动机宣称达到50%左右,已经是非常难能可贵了。

编后语

提升发动机的热效率对整个社会意义重大,对环境来说,最大化利用能源,减少了无用的污染排放,对个人来说,你加同样的油,可以跑出更多里程。关于热效率,大家还有什么问题,可以在评论区留言。(文/朱鹏飞)

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