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柴油机热效率超52%! 每1%都难能可贵! 热效率到底是什么?

柴油机热效率超52%! 每1%都难能可贵! 热效率到底是什么?

卡车之家龚弋新

2022-12-05

【卡车之家 原创】2020年9月16日,潍柴发布全球首款本体热效率50.23%的商业化柴油机;2022年1月8日,潍柴将柴油机本体热效率提升到51.09%,再创世界纪录;2022年11月22日,潍柴发布了全球首款本体热效率52.28%商业化柴油机和全球首款本体热效率54.16%商业化天然气发动机,在全球内燃机和燃气机行业里树立了里程碑,也是潍柴第三次突破柴油机热效率极限。

柴油机热效率超52%! 每1%都难能可贵! 热效率到底是什么?

从热效率提升数值上来看,虽然只有1%左右,但对于柴油发动机而言,即便是提升0.1%的热效率,也要对发动机的进气、燃烧、散热、喷油以及摩擦等各部件系统和材料进行重新的优化匹配,而要提升1%的热效率难度可想而知,绝对称得上是一次技术上的巨大突破。那么问题来了,更高的热效率意味着什么?在实际运营当中又能为卡友带来怎样的效果?

什么是热效率? 为何会有能量损耗?

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发动机热效率也被称为“发动机有效效率”,我们都知道内燃机在运行时,其燃料(汽油或柴油)会在封闭的燃烧室里进行燃烧,这种爆燃所产生的热能将转化为推动活塞运动的机械动能,从而实现发动机的运转。在这转换过程中,有效功率的热当量与单位时间所消耗燃料的含热量的比值就是热效率。

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燃料燃烧在转换为动能的过程中,并不能将产生的能量100%利用,这期间必然存在着一定比例的损失,只有少部分会转化为有效功。比如说发动机热效率为52%,也就是说缸内燃料燃烧以后,转换为了52%的机械动能,最终推动车辆前进的实际上也就是这52%的能量,而剩余48%的能量则在这一转化过程中以热能耗散等方式被消耗掉了。

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那么,没有被转换为机械动能的能量到底去了哪里?首先,燃料在气缸内燃烧时并不能100%燃烧,所产生的能量本身就不完整。其次是发动机进气时所消耗的能量,为让空气顺畅流入到气缸内也会损失一定能量。最后则是车辆散热损失、零部件机械摩擦损失、排气损失等等,这些零散能量的损失加起来就是个不小的数字。

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总而言之,热效率水平的高低是评价内燃机技术综合实力的关键指标,而提升热效率则是全球内燃机企业的共同追求。要知道,发动机本体热效率越高,燃油利用就越充分,车辆节能减排的效果也就更加出色,可大幅提高发动机经济性能和环保性能。

潍柴新品发动机热效率创新高 什么概念?

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显然,热效率越高发动机综合性能也就越优秀,那么潍柴本体热效率52.28%的柴油机和本体热效率54.16%的燃气机到底是一个什么概念?据悉,目前轿车和蓝牌货车常用的汽油机本体热效率多集中在35%-43%之间,市场上主流柴油机的平均本体热效率为46%,而主流天然气发动机本体热效率平均水平为42%左右。对比之下,大家知道差距有多明显了吧。

从数据上就能发现,潍柴最新发布的柴油机和燃气机的热效率要比市场上主流的46%(柴油发动机)、42%(天然气发动机)平均热效率分别高出6%和12%以上,这可是实打实的提升,能够显著降低油耗和二氧化碳排放。

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那么潍柴是如何将发动机本体热效率提升到这样一个高水平的?据潍柴资料显示,在柴油发动机方面,潍柴运用全新的系统工程理念,攻克了3D精准增压、空气隔热、高效流通、双主喷等一系列核心技术,在提升发动机热效率的同时降低污染物排放。期间还申报专利162项,授权专利124项,最终成功将柴油机本体热效率提升至52.28%,再次刷新全球纪录。

据工程师测算,与市场现有46%热效率的主流柴油机相比,潍柴52.28%本体热效率技术的应用,可实现油耗、二氧化碳排放分别降低12%,每年可为我国节油1900万吨、减少二氧化碳排放量6000万吨。

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在燃气机方面,潍柴研发团队将高效增压、低阻力、低摩擦等柴油机高热效率关键共性技术应用在天然气发动机上,并首创了双燃料融合喷射多点稀薄燃烧技术,发明了双燃料融合喷射燃烧系统,可兼顾更高的燃烧效率和排放清洁度,成功将天然气发动机本体热效率提升至54.16%的新高度,也是天然气发动机热效率首次超越柴油机,在内燃机行业里是极其重要的里程碑。

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为何潍柴这款天然气发动机能做到这么高的热效率?最主要就是采用了双燃料融合喷射多点稀薄燃烧技术,这个技术简单来说就是利用柴油来实现多点同步燃烧,再直白点来说,就是通过柴油来引燃天然气,这样就能大幅提高热效率。

据资料显示,相较于热效率为42%的普通天然气发动机,潍柴本体热效率54.16%天然气发动机燃料费用可节省20%以上,碳排放水平降低25%,全行业每年可减碳3000万吨。

热效率并非唯一参考指标 影响因素很多

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热效率的提升并不仅仅是百分比数值的放大,其好处也将直接作用于车辆运营上,对于卡友而言,最为直接的优势就是降低油耗。

简单举个例子,两台排量一样且制造技术工艺也完全相同的发动机,如果其中一台热效率更高,那么理论上这台发动机热能的利用率就会越高,其油耗、效率以及排放清洁度都会更比另外一台更加优异。也就是说,两款车在同等动力总成、工况条件以及车辆其他零部件都完全一样的情况下,燃烧效率更高的发动机就会更加省油,能够带来更低的运营成本。

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虽然热效率是评价一台内燃机性能和技术水平的重要基础指标,但绝对不是唯一参考因素,毕竟车辆是一个整体机械结构,会涉及到方方面面。就以油耗为例,除了发动机热效率高低不同之外,其整车油耗还受传动系统效率、轮胎性能、车桥配置等影响。

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例如一台热效率很高的发动机,但与传动系统匹配不佳、效率低下,这样车辆在运行传动过程中就会损失更多功耗,即便是发动机的热效率很高,省油的效果也不会很突出。反之,如果一台热效率一般的发动机,但与传动系统匹配更加合适、整体工作效率更高,那么即便是这台发动机的热效率一般,也能兼具不错的经济性。

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此外,由于各个品牌发动机的调节特性不同,在实际运营过程中,车辆会面对各式各样的工况场景,并且还要考虑到司机的驾驶习惯和驾驶风格,谁的油耗更低、性能表现更出色真还不能仅从表面参数来看。因此,大家购车也不能一味的只看热效率来判断这台车的动力、油耗等表现,还是要全面综合的进行参考。

●  编后语:

不断提升发动机热效率的主要目的除了让车辆更加经济高效和省油之外,在环保层面更是起着节能减排的巨大作用,能够为运输行业带来巨大的环保价值。

当然,对于普通卡友而言,高热效率的发动机并不会意味着一定会更省油,更为重要的是,通过合理的动力配置和正确的驾驶方式才能进一步降低整车油耗。而此次潍柴所推出的高热效率发动机为整车实现更低的燃油消耗提供了更多的可能,尤其是对于当下的运输环境而言,更低的运输成本意味着更大的竞争力。卡友们,你们怎么看待潍柴最新推出的这两款热效率极高的发动机呢?欢迎在评论区留言告诉我们。(文/龚弋新)

注:本文为卡车之家原创,版权归卡车之家所有,任何媒体、网站或个人如转载、引用时,请须注明“来源:卡车之家,并标明作者”,对于侵权行为,卡车之家保留起诉权利。

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