汽车领域有哪些黑科技？

39.06%！热效率黑科技

说起汽车领域的黑科技，我们能想到什么？无人驾驶系统、水陆两栖汽车、碳纤维单体壳、车路协同智慧交通、无线充电技术还是逆天的发动机热效率？

提到热效率，自然少不了中国一汽自研自产的全新1.5T发动机——最高有效热效率达到39.06%！原来吃得少又跑得快的马儿真的存在！

证明黑科技的证书在此，由权威机构中汽研颁发，为全国第一批获得此专业认证的硬核动力。如今这款1.5T动力可以在咱家T55、T77、B70车系上找到。承诺现货，必须是现货！

「热效率」这个概念，我们高中毕业之后就很少用到了，现在跟大家来复习复习。

在热力学中，热效率指的就是热机的效率，也就是热机运作过程中「所产生机械能做功之能量」与「热源可提供之总能量」的比。

奔腾君此前与各位聊过热力学1 & 2定律（点击查看前作 https://www. zhihu.com/question/2886 14085/answer/1588404990 ）：

根据热力学第一定律，热机的热效率一定≤100%，不然就成永动机了。

根据热力学第二定律，热机的热效率都有上限值，即使完全没摩擦力存在，也不能把输入的热都变成机械功，一定会有一部分热以废弃热的形式流失。

从下图可知，一台热机在做工的时候，会遇上排气损失、冷却损失、机械损失、泵气损失、燃烧损失，剩下的才是有效做功（Effective Output），有效部分少得可怜。

有效做功就是热机的热效率比值来源，而热机的热效率并非恒定的。在气温、水温、油温、油品、转速不同的情况下，发动机的热效率是在不断变化的，我们平时聊的「热效率」指的是全局最高那个点，「热效率」的概念指的是「最高有效热效率」。

我们为何关心热效率？

如果是吃饭，我们当然希望像【银魂】里头的神乐那样光吃不胖，但如果我们买一台车子回家，光喝油不见跑，奔腾君一定会怀疑这位车主是两桶油股东。

大家还记得课本中詹姆斯·瓦特 （James Watt，1736-1819）和蒸汽机吗？很多人把他记成了发明蒸汽机的人，实际上他是改良蒸汽机的那位。

在瓦特之前，蒸汽机一点都不「争气」，热效率在1%以下徘徊是业界常态，光吃燃料不见做工，比柴火烧饭还浪费燃料。瓦特在1776年改良出两台全新的蒸汽机， 热效率终于「高达」2%-4%，最高有效热效率是「纽科门蒸汽机」的整整5倍，最终被运用到铁路和矿区，掀开了第一次工业革命的序幕，这也是西欧走向工业化的第一步。

最高有效热效率4%，奠定了整个西方社会整整200年的富强。

我们都知道「汽车之父」卡尔·本茨（Karl Benz，1844-1929）在1885年发明汽车的伟绩。本茨先生的成功离不开「奔驰一号」三轮车后轴上那款热效率达到14%的「奥托发动机」。在那个年代，蒸汽机的热效率在10%左右徘徊不前，是奥托让内燃机比蒸汽机更「争气」。

德国工程师尼古拉斯·奥托（Nicolaus Otto，1832-1891）发明的奥托四冲程发动机（Otto-cycle engine）是汽车发展史上的重要里程碑，我们现在能买到的内燃机汽车，原理都是这一个半世纪前发明的「吸、压、爆、排」四部曲。想要提升热效率，我们「仅能」在曲柄连杆机构、配气机构、润滑机构、冷却机构等部位进行逐步改进。

站在巨人肩膀上，就是这种感觉。

19世纪末，内燃机热效率提高到20%左右。

20世纪末，内燃机热效率提高到30%左右。对，提升10%花了人类工程师团队整整一个世纪！

21世纪初，内燃机热效率仅仅花了20年时间就又提升了将近10%，而一汽奔腾的39.06%便是其中一位工程，此为「黑科技」是也！

为什么，热效率39.06%这项黑科技的发展与我们有联系？

当热效率提升，我们花钱买到的汽油当中，就会有更多的能量被转换成驱动汽车前进的机械能，加速性能明显加强。

与此同时，就有更少的能量被转换成噪声与振动，因此发动机更安静，奔腾1.5T的整机一米噪声低于95.3 dB(A)，驾驶舱内基本感受不到发动机噪声与振动。

更少的能量被转换成热量，散热负荷更低，而且也更省油！

对于家用车消费者而言，省油才是最重要的事情。装备全新1.5T发动机的奔腾B70，平均油耗最低6.1L/100km，吃得少干得多。

此外，排放污染物也更少了，奔腾1.5T全系满足国六B标准，对环境污染更少，被淘汰的年限也更长，车子保值率更高。

这就是热效率39.06%这项黑科技给奔腾车主带来的好处。

为了达到热效率39.06%，奔腾君付出了哪些努力？

说了这么久，是时候给奔腾1.5T（CA4GC15TD-30）做一个剖析，一同了解其中蕴含了哪些黑科技，能让热效率提升至新高度。

先看一个技术参数表格：

从表格可以获知，奔腾君自研的这台1.5T在1300rpm低转速就能迸发258Nm峰值扭矩，大扭矩介入得如此早，在市区中行驶便能得到极好的动力输出效果，而且如此精密的高压缩比发动机只需要加92号汽油，为车主省下不少钱。

为了达到高输出、低油耗、快响应，奔腾1.5T对以下几项核心部件进行了深度优化：

A、配油优化：350bar超高压直喷

炒过菜的都知道，「油多不坏菜」嘛，问题是油很贵的呀……

有些减脂餐博主会用小喷壶来替代油壶直接倒油，这样子油分布得更均匀，食材也不会焦。这就是高热效率发动机要使用燃油直喷系统的原因。

跟歧管喷射比起来，缸内直喷绕过了进气门这个移动路障，ECU精准控制喷油量，不会浪费一滴油。

现在用上了直喷系统，我们还得关注直喷系统的压强。往常多数直喷系统用的是260bar压强，雾化效果当然没有奔腾君1.5T的350bar超高压直喷系统好使。

如上图，直喷上了超高压之后，燃油与空气混合得更充分，用户可以烧更少汽油得到更强动力，「爽」就一个字。

B、配气优化：进排气双气门正时可变

VVT可变气门正时是内燃机配气系统的一项革新，十几年前很多车子搭载了这个配气系统还专门在翼子板和尾标上面注明「VVT」，老提气了。

奔腾1.5T的VVT可是深度进化版本，进气门和排气门都可以根据发动机运行实况自行调整开闭时机，使得发动机始终运行在适合的区域，兼容动力输出能力和燃油经济性。

这就像一个智能手机控制的投食机，会根据狗狗身体状况自行调节投喂量和投喂时机。

进气门和排气门的开闭还允许有重合的时间段，能玩出更多花样来。

C、配气优化：米勒循环(Miller Cycle)

有了VVT，奔腾1.5T就可以很轻易地用上米勒循环技术。我们常听到的「阿特金森循环」和今天要说的「米勒循环」在原理上是相似的，都是让「膨胀比＞压缩比」，从而提升发动机的热效率。前者更爱自然吸气发动机，部分日本品牌很喜欢用；后者更匹配涡轮增压发动机，咱奔腾家最爱。

奥托循环来自于前文提到的奥托Otto大神

在米勒循环当中，可以选择进气门提前关闭和延迟关闭两种方式，早关进气门可以让参与燃烧的混合气减少，晚关进气门可以让部分已进入气缸的气体从进气门出去，最终目的都是在低动力需求时让发动机灵活地少进气、少烧油，用户支付的燃油费用降低。

重要的是，当动力需求强盛时，米勒循环可以很轻易地利用VVT切换为奥托循环，迸发强劲动力。

D、热管理优化：缸盖集成排气歧管 & 智能热管理模块

随着排放法规更新，越来越多的车企选择把排气歧管集成至缸盖之上。奔腾1.5T的铝合金缸盖中，自然也集成了排气歧管，排气歧管中的废气热量快速传递到气缸盖水套当中，可以在冷启动阶段迅速提高水温，热机效率大幅度增加，油耗和废气排放随之降低。

此外，为了进一步提升热管理水平，奔腾1.5T发动机的热管理系统也进入了智能化时代，通过电子控制的方式全面提升发动机电气化水平，动态切换热循环模式，帮助发动机一直在合适的水温油温下工作，活塞部分也采用了电控的冷却喷油嘴，整套智能热管理系统可以让控制更加精准，让排放与燃耗更加低，让维护成本更亲民。

E、摩擦优化：多种措施减摩增效 升级润滑系统

刚刚我们提到，摩擦损耗也会降低内燃机的热效率，因此奔腾1.5T加入了多种技术减少摩擦损耗，比如在活塞裙部加上了DLC涂层（Diamond-like-carbon），摩擦功最多可减少40%；气门启闭机构用上了滚子摇臂和可变刚度气门弹簧，可以有效降低气门启闭做功的摩擦损失。

此外，奔腾1.5T还使用了两级可变流量机油泵，当机油需求量较低时可减少供油量，工况油耗降低1.8%。

因摩擦的减少与润滑系统的智能化，奔腾1.5T的机械损耗得到了有效降低，发动机寿命得以延长。

热效率与我们息息相关

虽然热效率并非经常被提起的概念，但热效率却与我们每一个人都息息相关。

热效率4%让欧洲走向了富强，热效率14%让尼古拉斯·奥托与卡尔·本茨成为汽车领域的技术先锋，热效率39.05%让奔腾全新1.5T汽油发动机成为内燃机领域的新星，给奔腾T55/奔腾T77/奔腾B70车主群体带来真正的实惠——既有强劲的动力输出，又有低燃耗的用车成本优势，鱼和熊掌可兼得。（部分图片来自网络，侵删。）