從 2003 年至今，發動機的熱效率進步似乎舉步維艱，從早早的豐田實現的 36.8% 的熱效率，經過瞭 10 多年，也才進步到 41%。然而，這一切似乎就要在幾周之後發生翻天覆地的變化瞭 ……
by | 大 明
說到汽車發動機，我們不得不提到一個非常重要參數，就是熱效率。我們都知道燒油的發動機都屬於熱機，就是把熱能轉化為機械能的機器，而熱效率就是能把燃油裡面的多大比例的熱能轉化為機械能。熱效率越高的機器，往往也就是技術越先進的體現。
然而，就面對內燃發動機這麼一個原理 100 年都沒變過的老科技，從 2003 年至今，它的熱效率進步似乎舉步維艱，從早早的豐田實現的 36.8% 的熱效率，經過瞭 10 多年，也才進步到 41%。然而，這一切似乎就要在幾周之後發生翻天覆地的變化瞭。
根據澳洲媒體 motoring 的報道，馬自達即將在幾周之後的法蘭克福的 HCCI 技術論壇上發佈其 HCCI 發動機，且在 10 月份的東京車展上將會發佈搭載 HCCI 發動機的新一代馬自達 3，該車預計會 2018 年上市。
而早在 2017 年的 1 月份，日經新聞就報道瞭今年的年底，馬自達會引入熱效率提升 3 成的 HCCI 發動機。綜合這些報道，現在看來世界上第一個量產 HCCI 發動機即將問世瞭。
通用曾經研發過 HCCI 發動機，但沒有量產
如果以上消息屬實，那麼這一次馬自達帶來的發動機熱效率將要接近 50%。在這裡，我首先要解釋一下什麼是 HCCI 發動機，它的英文是 Homogeneous Charge Compression Ignition，直譯過來是均值混合氣壓燃技術，它的核心是均值混合氣和壓燃，也就是讓氣缸內的混合氣體在高壓下自燃，這樣就可以讓活塞在汽缸內獲得更多的行程，從而帶來更高的壓縮比。
圖片轉自車聚網
根據網上流傳已久的如下圖片可見，馬自達已經在 HCCI 技術上取得瞭突破，第二代創馳藍天發動機將會在 2000 轉 200Kpa 壓力以及壓縮比 1:18 的情況下達到 48% 的熱效率
而如果比較下面馬自達自己公佈的圖片，可以看出其 HCCI 發動機在 1500 轉和 2000 轉，BMEP 值從 200kPa 到 1200kPa 區間比第一代創馳藍天發動機熱效率高出不少，尤其在低壓力區間的 200kPa 到 600kPa 區間。
那麼我們來解釋一下 BMEP ( 制動平均有效壓力 ) 和扭矩的關系，因為它們之間是可以直接轉換的。
對於四沖程發動機來說，BMEP=2π* 扭矩 *2/ 發動機排量，全部取國際單位制。
比如下面的第三代 EA888 改進型的 BSFC 圖縱坐標是 BMEP（1bar=100,000Pa），我們可以換算成扭矩。
【解釋一下 BSFC 圖以及單位為 g/kwh 的值。BSFC 圖也叫發動機萬有特性圖，直譯是 " 制動燃油消耗率 "，看懂瞭它你就能看得明白發動機的好壞瞭。這種圖的橫坐標通常是轉速，縱坐標通常是扭矩或者 BMEP" 制動平均有效壓力 "，然後圖上會畫出等燃油消耗曲線（上圖的圈圈），還有等功率曲線（上圖的 16kw, 20kw 等等曲線）。而燃油消耗值的 230g/kwh 它的意思就是發動機每發出一個千瓦時的機械功，需要消耗 230 克燃油，這個值就表征瞭燃油效率，也就是熱效率。通常這個值越小越好。】
就得到下面這幅圖，這其實是大眾的最大扭矩為 320 牛米，最大馬力 190 馬力的改進型 EA888 發動機。
（仔細看，上面兩張圖不一樣哦 ~）
好瞭，上面解釋瞭 BMEP 和扭矩的關系，那麼我們就知道第二代創藍發動機最厲害的地方就是大幅度提升瞭發動機在 1500 轉和 2000 轉時候，扭矩輸出為 32，64 和 96 牛米時候的效率。根據 motoring 的報道，這臺 HCCI 應該是 2.0 升的發動機。
而這個地方恰恰是我們開車時候在城市裡發動機工作最頻繁的區間。
下面這幅圖展示瞭發動機在城市工況下的工作區間，黑色點為工作區間。這裡可以很清楚的看出 1000 到 2000 轉之間，BMEP 從 0 到 60（600kPa）之間就是黑點最為密集的地方。而這個正是第二代創藍效率提升最大的地方。
普通發動機比如上圖的大眾改進型 EA888 發動機，在這個區域的 BSFC 值為 300 到 400 之間，對應熱效率 28% 到 20%，而第二代創藍則能提升到 48%。這樣意味著熱效率的翻倍，油耗減半。那麼搭載這樣一臺 HCCI 發動機的車型在市區達到和當前混動車型一樣的市區油耗不是夢，據說，油耗可能也就在 3-4L 左右。
那麼接下來幾周，讓我們拭目以待，看看這一發動機黑科技的真面目。如果各位有興趣，還可以接著瞭解一下這十幾年世界頂尖發動機的發展歷程：
14 年，傳統發動機熱效率的
艱難提升路
自從 2000 年以來，美日德都有車企在近乎炫技一般的時不時拋出一個熱效率超高的發動機，而動作最多的當屬豐田。
2003 年：豐田 36.8%
首先是 2003 年上市的第二代普銳斯 1.5 升發動機的熱效率（代號 1NZ-FXE），在 BSFC 數值為 230g/kwh 的運轉區間達到瞭 36.8%。（如下左圖，右圖為第三代普銳斯發動機熱效率）
2009 年：豐田 38.5%
然後則是 2009 年上市的普銳斯第三代，1.8 升的發動機代號 2ZR-FXE，熱效率在 220g/kwh 的區間達到瞭 38.5%。如下圖。
2011 年：馬自達
而在 2011 年問世的馬自達創馳藍天發動機，由於沒有官方公佈的 BSFC 圖，所以隻能在其上市之後靠專業人士通過實驗室測試找出其 BSFC 圖。
具體的如下
圖上可以看到 2011 年馬自達 2.0 升創馳藍天發動機的最低熱效率點在 225 的位置。由於不清楚具體測試使用的燃油類型，也就是不知道其熱值，所以無法準確算出其熱效率。即便如此，最低達到 225g/kwh 的熱效率，當年在非混動車發動機中也是首屈一指的瞭。
2013 年：本田 38.9%
然後到瞭 2013 年，就是本田在其混動雅閣上使用的發動機，代號為 LFA，最高熱效率達到 38.9%，對應的 BSFC 值為 214g/kwh。在這裡解釋一下，本田的 214g/kwh 對應熱效率為 38.9%，而豐田上面的 220g/kwh 對應熱效率 38.5%，如果以本田的數值為標準按照公式計算，得出來豐田的 220g/kwh 熱效率為 37.8% 而不是 38.5%，這是使用不同熱值的燃油造成的。
2013 年：大眾
差不多也是 2013 年，大眾發佈它的 EA888 第三代發動機，大約 2015 年裝車，下面的左邊的圖是高功率的 EA888，最大熱效率 BSFC 值為 235g/kwh，而在兩年之後 2015 年大眾發佈的第三代 EA888 發動機中期改進型，最大熱效率值為 225g/kwh，2017 年開始裝車。
2013 年：本田 38%
本田也在 2013 年發佈瞭其 1.5T 的渦輪增壓發動機，最大熱效率 BSFC 值為 220，對應熱效率為 38%，2015 年裝車上市。如下右圖所示。
2015 年：通用 36.45%
還有個需要提出的是通用在它 2015 年上市的第二代沃藍達上應用瞭一臺高效率的 1.5 升自然吸氣發動機。如下圖所示，最高熱效率點達到 230g/kwh，而且通用很老實的告訴瞭讀者，這個熱效率使用的汽油熱值為 42.94MJ/kg。那麼我們就可以算出通用在第二代沃藍達上這臺發動機的最大熱效率為 36.45%。
2016 年：通用 37.43%
在接下來一年發佈的混動邁銳寶上，通用又加強瞭其 1.8 升自然吸氣發動機的熱效率，最大點達到 224g/kwh，可以達到 37.43%。
2016 年：豐田 40%
也就是 2013 年，豐田發佈瞭 8NR-FTS 發動機，1.2T 渦輪增壓四缸發動機，最大熱效率點為 236g/kwh，而對應熱效率為 36.2%。下面的圖就是 8NR-FTS 的 BSFC 圖
接下來還有個異類，就是豐田在 2015 年發佈的 44% 熱效率的柴油機，對應的熱效率 BSFC 值為 194g/kwh，註意這裡是柴油的熱值，取值為 42.14MJ/kg。
而到瞭 2016 年，豐田成為瞭率先突破汽油發動機熱效率 40% 的廠傢。首先是第四代普銳斯發動機熱效率達到瞭 40%，緊接著是 2.5 升自然吸氣發動機的熱效率達到瞭 40% 和 41%。豐田並未直接說明 40% 熱效率點的 BSFC 值，但是給出瞭較為詳細的 BSFC 圖。
對發動機熱效率有興趣的朋友，還可以參考這個日文網頁。
http://blog.goo.ne.jp/dqnjunkie/e/cff78455a97827372979277aa0901dde
