汽油发动机热效率60会怎么样_汽油机的热效率的大致范围是多少?

1.如果汽车发动机的热效率达到100%，这意味着什么？

2.汽车发动机的热效率是什么意思？达到100%会怎样？

3.如热效率最高的丰田发动机能达到41%，那么来到100%会怎样？

现在不少厂商宣传发动机性能的时候都爱说“热效率”，那么什么是热效率呢？

热效率就是指燃料燃烧时产生的热量转换成机械能的比例。发动机通过燃烧汽油，将化学能转化成热能，热能推动活塞进行运动而产生机械能。由于发动机并非在完全理想的情况下工作，所以实际转化效率并不能达到理想值（100%），初中物理相信大家都学过“热力学第二定律”吧，因为存在摩擦，散热等各种情况，所以热效率达到100%永动机是不存在的。

对于厂家来说，热效率是代表自己的硬实力的，当然是越高越好。

但对于我们普通老百姓来说，热效率还真不一定是越高就是越好。不考虑成本的话，自然是热效率越高汽车越贵咯，?F1的热效率就45%，但又有几个人买得起呢？

目前，市面上已上市的车型中，热效率最高的当属丰田凯美瑞上搭载的Dynamic?Force系列2.5L发动机，热效率高达40~41%，除此之外，丰田C-HR、RAV4荣放，搭载的是丰田旗下的全新的2.0L的自然吸气发动机，热效率也可以达到40%。当然咱们国产品牌也不甘示弱，长安的蓝鲸发动机以及吉利缤越1.5TD发动机都达到了40%的热效率。

时至今日不少车企工程师还在不断想办法提高热效率，目前行业内热效率最高水准是45%，也就是说只有45%的热量被转化为机械能，其余的热量都浪费了。

其实对于汽车发动机来说，能量的损耗是不可避免的。就算给汽车加了满满一箱油，真正变成动力的又有多少呢，甚至连一半都没有，大部分都变成热能损耗了。

一辆车省不省油，最重要的就是它的热效率。同样排量的车型，发动机热效率高的那台车，其燃油经济性就越好。然而?高热效率与强动力输出从本质上说是背道而驰的，要么轻而缓的高效率要么急而促的强动力，以目前的技术水平，很难做到两者得兼。这也就是为什么动力强的发动机热效率不高，而热效率高的发动机动力不强的根本原因。

而且热效率不是一成不变的，是随着发动机的负荷变化而变化的。它是一个区间而不是一个值。通常我们所说的发动机40%热效率指的是最高热效率，它只是在发动机状态最好的时候才有，一般这个最佳状态很短暂也可以说很小，只有很少一部分情况发动机才处于最佳效率区间。

例如凯美瑞2.5L发动机，官方说法是发动机热效率40%，但是根据实际检测数据来说，只有在扭矩输出151-172N·m时才会接近官方数据40%的热效率。当不在这个扭矩范围时，热效率就会马上下跌，由此可见热效率这个东西参考的意义更大，更多的时候只是厂商包装的一个噱头，没有太大实际意义。

另外柴油发动机的强项是省油，汽油发动机得到强项是动力，所以针对不同的发动机会有不同的侧重点。如果你是一个性能控，那给你再高的热效率发动机也是没有太大的意义的。

高热效率发动机是一种趋势，但是各个品牌还是会在动力和油耗之间进行权衡。随着时间的发展，科技的进步，可能在未来会出现高效率+高动力的完美发动机，希望那一天的早点到来。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

如果汽车发动机的热效率达到100%，这意味着什么？

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虽然我国是全球最为积极推进电动车普及的国家，但是考虑到电动车天生的补充能量劣势和里程焦虑，我国仍然非常现实的推出了低油耗车型奖励方案。具体已经在笔者的前面一篇文字里做了描述。详见《工信部出的奥数题，解出来你就知道燃油车5年后还有戏吗》。

这一方案对能够带来巨大油耗降低的混合动力车型是一个前所未见的利好，同时也鼓励各厂家进一步挖掘内燃机的潜力，做好燃油车油耗降低工作。

说起挖掘内燃机的潜力，首当其冲的就是本田和丰田，早在2015年丰田就在其SAE文献中发表了实现45%热效率发动机的技术。

在那个时候，丰田使用了一台2.0升的四缸实验样机，样机参数如下图所示

具体用的则是如下几种技术，分别是阿特金森循环，冷却式废气再循环（cooled?EGR），低摩擦技术，长冲程气缸，稀薄燃烧技术以及高滚流技术。具体来说，为了降低排气热损失，一个重要的方案就是使用长冲程气缸，为了照顾发动机转速，长冲程气缸最多使用到1.5倍的冲程缸径比。做好发动机基本结构之后，下一步就是做到超级稀薄加低温燃烧，而为了实现超级稀薄燃烧，则需要高滚流技术和高能量电火技术。考虑到实现高热效率常用的高压缩比（这里是13：1），为了降低因为高压缩比带来的爆震，冷却式废弃再循环技术也需要被应用上去。

在这些技术中，超级稀薄燃烧是对热效率提升最高的手段，根据丰田的研究，相比标准空燃比的14.7，当空燃比提升一倍达到29以上的时候，发动机热效率可以提升10%。如果把稀薄燃烧和冷却式废气再循环结合起来，以20的空燃比外加20%的cooled?EGR，丰田就将这一台样机的最高热效率提升到了45.6%。为了保证稀薄燃烧下的进气量，丰田还尝试了用一台电动涡轮增压器，而在把测试用的燃油从91RON，转为100RON之后，热效率甚至提升到了45.9%。丰田还尝试用了一台小的涡轮增压器，替换电动增压器，但是涡轮导致的排气压力上升反而降低了热效率到43.9%。

丰田还对这台样机做了更细致的研究，发现如果使用更快的点火方式以及更加稀薄的空燃比（超过20），这台样机可以最终超过46.5%的最大热效率。实现这一热效率的发动机转速为2000转，BMEP在0.88。

由于仅仅是一台验证用的样机，所以丰田并未给出该发动机完整的BC图。由于目前业界普遍认为可见的将来就是1.5的冲程缸径比。所以丰田的这些技术验证可以认为是各种传统的发动机优化技术达到极限之后的效果。

说完了丰田的样机，笔者曾经介绍过一台本田的样机，也就是在2015年10月，本田不甘落后的在其论文中发表了一个达到45%热效率的验证机。不过这台机器仅仅只有一个气缸，大小为626cc，冲程缸径比也是1.5，供油方式仍然是多点电喷，为了解决进气量的问题，本田为这台发动机加上了机械增压器。

具体发动机参数如下图所示。

而本田在这台验证机上使用的技术则在如下图红框中显示：

首先是高压缩比，这台验证机使用的机械压缩比高达17，然后是很高的废气回收率，这里高达35%，但是本田没用使用超稀薄的稀薄燃烧，本田的意思是稀薄燃烧会带来尾气处理的问题。然后还有MBT(minimum?advance?for?Best?Torque)，再下来就是机械增加以及高达1.5的冲程缸径比了。

实际上本田的验证机比丰田做的更加原始，并不如丰田那样做了多方面的验证。

时间一晃来到2020年，当年45%热效率的验证机已经进化到了更加成熟的状态了。

首先还是本田，在2018年10月本田发布了其最新的验证机型，这次的验证机型，在2015年的45%热效率基础上，再次提高了两个点达到了47.5%。这一次本田终于用上了稀薄燃烧技术，具体名称叫DISC（direct?inject?stratified?charge?combustion）”直喷分层充气燃烧”，这一技术被认为可以有效降低稀薄燃烧带来的排放问题。而为了实现这种分层燃烧，本田用了F1赛车上的一项技术，那就是预燃烧室（pre-chamber）。如下图所示，标识为pre-chamber的部分就是预燃烧室。

除了预燃烧室这一最为显著的新技术之外，本田的这一套验证机还有如下特征

我们可以看到这一验证机仍然只是一个单缸机型，458cc容量，冲程缸径比为1.5，膨胀比17，而有效压缩比为12.5（也就是机械压缩比），进气方式为机械增压，供油方式为双喷，主气缸为多点电喷，预燃烧室为直喷，火花塞点火能量为60mJ（属于一般性点火能量）。而实现这一预燃烧技术最为关键的就是预燃烧室大小以及预燃烧室和主气缸直接开孔的大小和数量。

这里的Nozzle?diameter就是指预燃烧室到气缸之间的小孔直径，number?of?nozzles就是小孔数量。

经过一系列的模拟和计算，本田最后得出结论。小孔的直径为1.6毫米，数量为10个的时候能获得最好的热效率和排放水平。得益于预燃烧室的设计，本田可以在这一台验证机上实现高达38：1的空燃比。这一条在马自达的skyactiv-X上达到的是36.8：1。

最终在预燃烧室这一关键技术的加成下，本田在这台验证机上实现了47.2%的热效率。参见下图。

这个效率最高的点在大约800kPa处实现，对应一个458cc的气缸而言，就是29NM，转速为2000转，如果扩大到四缸，理论上就是在扭矩大约130NM处实现。

说完了日本人研究，德国人也没有闲着，以IAV（Ingenieurgesellschaft?Auto?und?Verkehr）也就是Engineer?Society?Automobile?and?Traffic为首的德国人也在2020年提出了雄心勃勃的。他们要开发处一款用于混动车型的超高热效率发动机，目标见如下图所示。

简单的说，就是要在2000转到3300转之间实现45%的热效率。这一目标甚至比丰田和本田的还要高。至于是否能达到，我们就来看看IAV的论文怎么说的把。

另外需要注明的是，IAV是大众集团占据主导地位的机构。如果大众说的2026年停止汽油机的开发为真的话，那么这一台发动机很可能就是大众最后的汽油机了。

那么我们说完了德国人在发动机开发上的设计目标，那么实现这些目标用的哪些技术呢?

根据论文的描述，第一要素是提高压缩比，然后是通过高比例的冷却式废气再循环控制爆震，再就是用米勒循环（其实就是晚关进气门），还有提升燃烧速度，这一点特别需要注意的是，为了提升燃烧速度，IAV也用的非常稀薄的混合气，而为了点燃这种非常稀薄的混合气，IAV使用了预燃烧室技术。除了以上方法之外，高的冲程缸径比也成为了发动机设计的一部分。为了减少尾气热交换损失，IAV还用了一个大号的废气涡轮。

如下图为IAV验证机的预燃烧室模型图。

做完了这些之后，IAV的这台1.6升的四缸验证样机达到了如下效果。

从这副图上看，发动机在3000转，且扭矩12bar（152NM）附近达到了最大热效率45%。而且还在很大一个范围内都实现了44%的热效率。由于这是一台给混动车使用的发动机，在图上的灰色部分都是电驱动区域。这样就能把WLTC工况下绝大部分工作的效率范围都控制在40%以上。如果这台机器真的能配合混动系统投入实用，那么将是一台非常省油的动力系统。

注意它的压缩比达到了17.4，冲程缸径比为1.25。

除了德国车企也还在孜孜不倦的开发发动机之外，delphi这样一家来自美国的汽车零部件厂家也没有放弃发动机的技术进步。

在2019年的SAE大会上，delphi的前发动机开发主管Mark?Sellnau就提出了发动机通向50%热效率的方法，并指出delphi在当前43%热效率发动机的基础上，下一代汽油机可以达到48%的热效率。

笔者找到了Delphi这台43%热效率发动机以及如何改进并达到48%热效率的SAE论文，也在这里给读者做一个介绍。

在2019年的时候，Delphi已经开发出了一台2.2升的压缩比为17的四缸发动机，称其为第三代发动机（G3X）其最大热效率为43%，而在随后的研究中，基于这台43%热效率的发动机，通过增加隔热涂层和其他一些办法，可以让这台发动机达到48%的热效率。这一验证是在美国国家能源部的Argonne国家实验室完成的，也是得到了美国能源部的赞助。

这台2.2升的发动机使用的技术叫GDCI（gasoline?direct-injection?compression-ignition?）”汽油直喷压燃点火”。它的一些参数如下：

图上可以看出冲程缸径比为1.28

在经过一系列的优化之后，这台发动机取得了非常好的热效率

如下图所示

出了在1750转以及1200kPa附近得到43%的热效率之外，在很大的一个范围内（1000转到2600转，500kPa到2000kPa）都能获得40%的热效率。这样一台发动机即使不使用混动系统，也能取得很好的油耗水平。

当然这还不是全部，在通过分析这台发动机的热各种能量损失之后，Delphi提出了如下几种改进方法，如果这些方法能实施到位，那么预计这台发动机的换代机型，也就是G4X，可以达到最大48%的热效率。

首先就是热量传导损失，然后是摩擦损失，最后则是可以提高涡轮增压器的效率。这其中最大的效果来自于热量传导损失，根据最新的研究表明，如果使用最新的隔热涂层，可以将热传导损失减少50%以上。在摩擦损失方面，通过提升曲轴，连杆轴承，凸轮传动，机油泵以及润滑油特性，可以减少大约10%的摩擦损失。而提升涡轮增压器的效率也能带来2%的效率提升。

经过总结，这些损失带来的效率提升点数的情况用柱状图表示了出来。

根据描述，用以上效率提升方案之后，这台2.2升的4缸发动机最终可以达到47.6%的热效率。

考虑到理论的极限，Delphi认为汽油内燃机的效率就是50%是目前可实现的极限，而理论极限则为60%。但是目前并无理论支持达到60%的实现方法。

在Delphi看来，达到50%之后，不可避免的摩擦损失，泵气损失，热传导损失和燃烧损失决定了乘用车上的汽油机难以再获得实质性的提升。

也许现实中的卡诺循环极限就在60%了。

END

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

汽车发动机的热效率是什么意思？达到100%会怎样？

如果内燃机热效率突破百分之百那么代表我们的科技已经突破到了另一位面，简单点说就是在本位面、内燃机是根本无法达到热效率百分之百的，热效率百分之百意味着燃料燃烧产生的热量没有任何形式的损耗，而这是不现实的；在能量传递过程中、损耗是不可避免的！

内燃机热效达到100%时，将失去暖风

汽车的暖风、实际上就是利用发动机散发出的废热加热空气而实现的，所以只要发动机热量有任何形式是外散、那么热效率就永远达不100%!所以若内燃机热效率达到100%时、燃烧燃料产生的热量就完全封闭在机器内部，所以由于没有发动机废热散出、那么车子也就失去了暖风功能；即便电加热也不能用，因为车载电源于发动机的运转，电加热依然是对热量的消耗、一样拖低热效率，所以即便用电加热、依然会导致热效达不到100%!

当热效100%时，必然是全新材料所打造

现象如今极限热效率仅仅达到40%(混动版本达到41%)，而这是峰值热效率，实际上内燃机运行时热效率是在不断根据实际情况进行改变的！如上图所示、40%热效率仅在特定的发动机转速以及负荷之下，而平均热效率仅在35%左右，也就是说约65%的热量被损耗掉了，那我们看看这65%的热量如何被损耗、如不损耗会有什么样的后果！

所以100%热效内燃机其实造不出来，100%热效内燃机实际上只是美好的想法罢了；即便我们能克服材料、科技的束缚，但我们没办法突破那些热力学定律的束缚啊，我们今天拥有的内燃机、源于热力学定律，而按照这条路径走下去、是不可能突破热力学定律束缚的，所以这里面旧存在一个悖论，那也就是如今的内燃机、完全遵从传统热力学定律，而内燃机未来的发展目标是打破热力学定律？基于热力学定律产生的机器、又要打破热力学定律，是不是旧形成悖论了？所以100%热效率的内燃机在这个位面是不存在的！

如热效率最高的丰田发动机能达到41%，那么来到100%会怎样？

首先，我们必须弄清楚发动机的热效率：发动机热效率是指发动机曲轴的有效工作输出的比率和燃料消耗的有效功耗。在发动机的圆柱体中，燃料燃烧的总能量除了部分地转换成机械能，推动活塞运动，并且其他部分以不同的方式分散。来自外界的这些分散性主要是由于排气损失，冷却损失，机械损失，泵送等。

什么是思想热效率的概念——发动机？ Xiaobang简要介绍了

这就像，工厂有10名工人，但只有3个真正的工作，“热效率”在这里是30％。另外10株植物还有10人，但有4个真正的工作，“热效率”是40％。因此，第一工厂相当于低温效率发动机，第二厂相当于高热效率发动机。高热效率发动机，能量转换效率更高。在相同的燃料消耗下，高热效率的发动机功率将更加丰富。以同样的速度，发动机的发动机将具有较低的燃料消耗！

回顾内燃机的开发历史，我们可以清楚地看到——随着技术的推进，内燃机的热效率逐渐提高。 1860年，第一个内燃机出生，它是由法国鲁棒开发的，燃料是气体。压缩比为1，热效率为4.5％，最大功率仅为4.5千瓦。

1876年，德国工程师外部被发现是前四冲程内燃机，压缩比2.5，热效率； 1886，热效率达到15.5％； 1894，热效达20％； 1960年至2000年，发动机的热效率的发展停滞不前，不超过30％。近年来，随着发动机技术的不断推进，汽车供应商的大多数主流发动机达到了超过30％的热效率。

我相信您已经了解了热效率是什么，并且您知道高热效率的好处。以下小型系列将大家从几个高热效率发动机中学到。

丰田2.5L发动机（41％）

Camry A25系列的2.5L发动机热效率为40％，仅具有41％的电动机系统的峰值。随着许多黑色技术的，工业和信息技术部的2.5L Camry模型仅为6L/100公里，而2.5L燃油消耗甚至降至4.1L/100km。这也是民用批量生产车辆领域的最高热效率电力系统。本田1.5T发动机（38％）

与丰田可以在混合系统的2.5L发动机上使用，本田的1.5T发动机仅适用于思域，的传统功率，该发动机的热效率已达到38％。

大众1.5T发动机（37.5％）

去年，公众在维也纳车展的EA211系列中发出了新的1.5T发动机。新发动机的压缩比可以达到12.533601，具有可变几何段涡轮机，燃料喷嘴为350杆，热效率可达37.5％。

奇瑞第三代引擎（超过37％）

奇瑞第三代发动机有两种型号为1.2TGDI和1.6TGDI，热效率超过37％，预计明年将应用于大规模生产模型。该发动机将增强进气，冷却等方面，包括供应商霍尼韦尔一起优化涡轮增压器，使用新的水冷中间冷却器等。

摘要：在新的能源开发，就像茶一样，我们仍然看到许多厂商坚持发动机，马的热效率较高，这是值得肯定的。虽然传统的发动机汽车现在每天都是电动车秒，但小编相信传统的内燃机永远不会在短期内消失。在更环保的新能源车之前没有出现之前，全球汽车公司将继续探索它。传统内部燃烧器的潜力，热效率将更高。

丰田发动机非常先进，可以说是最先进的，但提高热效率并不容易，因为能量是守恒的。同时，我们知道当燃料燃烧时，首先是排放热尾气，这是一个很大的损失，然后燃烧不足，发动机是四个冲程，三个冲程是无用的空转，它仍然会失去能量，所以热效率不能达到100%，一半以上可能很小。汽车发动机更努力，还有一辆日本马自达汽车，它也非常专注于发动机的追求，当然，丰田和马自达也有合作，包括汽车发动机。热效率达到100%。你开玩笑吗？这是不可能的。无论未来技术如何发展，无论发生多么不可思议，都不可能达到100%的热效率。100%热效率，意思就是汽油能量全部转化为车辆动能，中间没有任何能量损耗，我想说的是，作为一个资深机械人，我可以负责人的告诉你，所有的机械结构件都有能量损耗，立此帖为证。

发动机只是由一堆机械领组件组装而成的成品。基本上不可能实现中间传动机构没有机械损失的难度。同时，会产生热量，必然会有浪费。大部分能量都是通过热传导 热传递 热辐射传导来浪费的。如果未来能量利用率真的达到100%，当时燃油消耗100公里2-3什么样的新能源汽车还在？一般来说，热效率是指当燃料在发动机中充分燃烧时，将产生的热量转化为机械能并加以利用。这种转换比是我们通常所说的热效率。如果热效率达到100%，则意味着燃烧时不会产生任何热量，通过所有部件时不会产生任何消耗，燃烧时需要充分燃烧。因此，理论上，以目前的技术水平，发动机的热效率达到100%是不可能的。这种热效率的主要作用是什么？我们可以理解，效率越高，发动机功率越强，油耗越低，排放越环保。目前，汽车行业绝大多数汽油发动机的效率比一般保持在30%左右。

超过此值的发动机性能突出，省油环保。比如丰田发动机的热效率是汽车行业第一个能达到最高热效率的品牌。丰田最好的技术曾经只能保证发动机的热效率达到40%左右。后来经过多年的努力，效率达到了41%，被认为是丰田喜大普奔的成就。但最近刚上市的马自达三，在对外宣传中提到，该车型可以将发动机的热效率提高到50%，保持油耗3.3L/100km，有点惊讶。让我们来看看国内品牌发动机的性能。以长安为例。目前最好的发动机是蓝鲸发动机。可以说，它集成了长安目前拥有的最佳技术和燃油经济性。该发动机的最大热效率可达40%以上。同时，它在功率提升和零部件集成技术方面与国际主流品牌相当。

为了产生前进的动力，发动机在工作过程中产生的能量必须通过各部件之间的配合最终提供给车辆驱动力。在这个过程中，当每个部件传递时，能量会产生一定程度的消耗，这是高是低，但车辆最终获得的动力不能是100%。任何车辆制造材料都能承受不同的温度，特别是当发动机燃烧时，它会产生高温。为了控制发动机本身的材料，发动机的冷却系统和发动机工作所需的进排气会产生一些能量消耗。在每个部分，似乎可能消耗的能量并不多，但在一个循环中，能量消耗的比例仍然很大。这就是为什么丰田的热效率比可以达到41%，这曾经是最高的效率比。综上所述，目前汽车行业的技术水平和热效率达到100%是不现实的。虽然新款马3声称热效率比可以达到50%，但没有人知道该车型是否还没有上市，也没有通过专业机构的测试和认证。