文 / 隔壁老王
在當今車壇，隨著科技的進步，發展出越來越多曾經無法想象的先進技術，其中大傢關註度最高的，莫過於汽車發動機技術的進化。曾幾何時，不敢想象一輛叫做寶馬 i8 的汽車可以用一臺 1.5 升三缸發動機爆發出 231 馬力，也不敢相信一輛奔馳 S 級 Plug-in Hybrid 的油耗可以低至 2.8 升 / 百公裡。而就在最近，全新一代凱美瑞又一次讓全球車迷驚訝，它竟然把一臺自然吸氣四缸發動機的熱效率拉高至 40%，看吧，汽車的世界是多麼瘋狂！
其實這個消息一經爆出，就引起瞭業界的一片驚嘆，一向以產品可靠耐用而著稱的豐田，發佈這臺技術領先的發動機必定已經過充分的考量。這款舉世矚目的全新 2.5 升直列四缸自然吸氣發動機，會裝配在即將由廣汽豐田國產的全新第八代凱美瑞身上。而更令人驚訝的是，除瞭這臺自然吸氣發動機的最大熱效率達到 40% 外，混動版本的發動機熱效率更達到瞭 41%！使其再次站上瞭世界量產車熱效率最高峰。
到底什麼是熱效率
熱效率這個詞聽起來似乎有些枯燥，教科書上嚴謹的解釋是單位體積的燃料內能轉化為動能的比值，比例越高證明燃料轉化成動能的效率越高。而對於我們普通消費者而言，可以理解為這個比值越高發動機動力越好、油耗更低、排放水平更佳。
不過你知道嗎，對於汽車發動機來說，能量的損耗是不可避免的，目前全世界所有汽油車的發動機熱效率都沒有可能達到 50%，這也說明：就算你的車加滿一箱油，其實真正被 " 消耗 " 到車輪上的動力還不足一半，其中很大部分都被各類能量損耗給用去瞭。
那麼除去轉化成動能應用在車輪上的燃料外，剩下的汽油都去哪瞭呢？這其中大部分燃料會被發動機的冷卻系帶走，叫做冷卻損失，一部分以排氣方式排到大氣中去，叫做排氣損失，這兩塊比重最大，約占總能量的 40% 左右，但這又是無法避免的能量消耗，所以為瞭發動機可以 " 少吃糧，多奔跑 "，隻能從剩餘的那 60% 入手。
" 想要馬兒跑，又要少吃草 " 是亙古不變的難題，在汽車領域也是如此，而且汽車不僅要考慮能耗問題，還要顧及日趨嚴苛的排放法規。以汽車大國美國為例，到 2025 年，每傢汽車制造商所銷售汽車的平均燃油經濟性 ( CAFE ) 必須達到 54.5mpg ( 相當於 4.31L/100km ) ，相較此前標準基本是 " 翻倍 " 的。為此，各大車企也是傷透腦筋，努力研發新技術以應對新的法規。而在我國，隨著 " 國六 " 排放標準的出臺，可以說將來也會是全球最嚴格的排放標準之一。
應對難題，研發技術
為瞭應對這一困難，眾多廠傢開始絞盡腦汁，努力研發新技術，而發動機熱效率的高低則是直接影響油耗和排放數據的重要一環。就以使用一臺 33% 熱效率發動機的汽車來說（目前大部分汽車發動機的熱效率在 28%~33% 之間），改用 40% 熱效率發動機後，整車的燃油經濟性可以提升 15%~20%。
以一輛百公裡平均油耗 7 升，一年行駛 15000 公裡的車來計算，使用熱效率 40% 的發動機，一年至少能省下 200 升汽油，大約可節省 1300 元油費以上，而節省的這 200 升汽油不僅可以省下不少燃油方面的開支，還可以為地球環保做出貢獻。
但是要知道，提高熱效率可絕對不是一件容易的事，以目前慣用做法來看，想要提升汽油發動機的熱效率主要從四個方面著手，一是提高壓縮比，二是采用直噴技術，三是提高廢氣再循環率（EGR），四是使用阿特金森循環。
而說到這，就不得不提馬自達的創馳藍天技術。記得在創馳藍天技術剛剛推出的時候，其廠傢就宣稱這套技術擁有高壓縮比的特點，擁有更好的燃油經濟性和動力響應。但是要知道，在老款創馳藍天技術上，它們的做法是采用瞭阿特金森循環，在原有的奧托循環上推遲瞭進氣門關閉的時間，使膨脹比高於壓縮比，在同樣的壓縮行程下，膨脹行程的增加可以獲得更多的有效功。
而在最新的創馳藍天技術中，馬自達在汽油發動機中模仿利用瞭柴油發動機特有的壓燃點火方式，在原來基礎上再次提升瞭壓縮比，獲得瞭更好的發動機熱效率。但即便把壓縮比壓榨到驚人的 14:1，其熱效率也僅剛剛超過 30%，這就足以說明提高熱效率是多麼困難。
豐田如何打造 40% 熱效率 " 神機 "？
關於技術理論層面，如何提高熱效率已經被研究得很透徹瞭，但難就難在怎麼應用到量產發動機上。有些時候為瞭提升 0.05% 的熱效率，也需要做數月甚至半年的實驗來尋求最優解決方案，以保證它對其他性能沒有影響，再加上豐田對產品可靠性的執著，就更加難上加難。
那麼豐田的工程師到底通過什麼方法將這臺發動機的熱效率提升到 40% 呢？豐田的工程師把進氣道附近缸蓋造型改為略上翹以及優化氣門夾角。目的其實很簡單，就是幫助進氣氣流更好地在燃燒室內形成滾流，便於燃油以及空氣的混合，這也是提升燃燒效率的關鍵之一。
而在配氣機構方面，這臺 2.5 升自然吸氣發動機使用瞭進、排氣門雙可變正時技術，並且在進氣端使用瞭 VVT-ie，也就是電控可變氣門正時技術，電控系統反應速度更快、控制精度也更高。
除瞭發動機部分，豐田的工程師還為這臺發動機匹配瞭全新的 8 速自動變速箱，官方公佈的數據顯示，與舊款凱美瑞使用的愛信 6 擋自動變速箱相比，全新變速箱損耗降低約 50%。
就在歐美車企近年拼命推廣發動機增壓技術及純電動汽車時，豐田則另辟奇徑，將不可能變成可能，成功地將傳統發動機的熱效率有效提升，以及繼續改進本已全球領先的混合動力技術，用行動來告訴大傢，現階段究竟是什麼樣的發動機技術才是最可靠實用。
正因為有著對目標如此堅定的信念和不懈努力，我們才能看到豐田推出站在世界巔峰的 40% 熱效率新發動機，而也有理由相信，豐田的 40%" 熱效率奇跡 " 隻是個開始，隨著豐田 TNGA 架構改革的開始，未來還會有更多的驚喜等待著我們去發現。
