汽油机热效率低于柴油机的原因?有哪些解决方式?_汽油发动机热效率50有多难

2024-08-02 21:19:45

1.提高发动机热效率有多难？过去60年，顶级内燃机效率仅增加10%！

2.汽油机增压的技术难点有哪些？

3.汽油发动机40%热效率意味着什么

4.为什么柴油机能做到50%以上热效率？

5.100多年，从14%提升到43%，发动机热效率的提升为什么这么难？

6.在发动机的发展史上，有哪些技术大幅提高了

7.马自达动力强耗油量低，他的压燃发动机到底有什么魔力？

汽油机热效率低于柴油机的原因?有哪些解决方式?_汽油发动机热效率50有多难

什么是热效率？热效率指的是：当燃油在发动机内进行充分燃烧时，将所产生的热量转化成机械能并加以利用。而这个转化比例，也就是我们通常所说到的热效率。如果热效率达到100%，也就意味着在进行燃烧时，不产生任何热量，同时在经过所有零部件时，没有产生任何消耗，而且还要求在燃烧时，必须做到充分燃烧。从理论上来讲，要想发动机的热效率达到100%，以目前的技术水平是根本做不到的。

常见的发动机热效率：

1、蒸汽轮机热效率：4%-8%

2、汽油发动机热效率：25%-35%

3、柴油发动机热效率：35%-45%

发动机的热效率不可能达到100%。原因其一：发动机材质不能接受这么高的温度，发动机都是由金属制造，金属有一定的耐热点，超过一定的温度就会变形，导致零件损毁，所以必须一部分的热能传递给冷却液，也就是散热。

其二：发动机机械运动会损失很大一部分的热量，发动机的核心部件是活塞连杆机构缸体、曲轴，有产生的热能，推动零部件工作输出动力，零件运动摩擦也会损失一定的热量，降低发动机的热效率。

其三：废气排除也会损失热量。发动机的工作原理：进气、燃烧、排气往复不断。排气过程一是损失部分热量，另一部分人呢过转化为动能，推动气体运动。热效率不要说百分之百，41%已经很不容易了，如果50%的马自达创驰蓝天二代实现，那绝对是具有里程碑式的突破。其实发动机也是热机的一种，只要是热机，就不可能达到100%，如果达到了，那么之前所建立的一系列科学认知，一些方面都要打破，这是一件非常可怕的事情。

提高发动机热效率有多难？过去60年，顶级内燃机效率仅增加10%！

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。

汽油机增压的技术难点有哪些？

目前热效率最高的丰田发动机能达到41%，如果来到100%会怎样？其实汽油内燃机的热效率永远不可能达到100%，而且目前的41%都只是最高热效率，只有汽车在理想的行驶条件下才能达到。

为啥提高发动机热效率这么难？

发动机热效率，是指发动机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，是评定发动机燃油经济性的方式之一。但是发动机热效率的提高可以说是举步维艰。

从1960年到2020年，人类能够把宇航员送上火星，能够把列车的时速提高到450km/h，能够让手机用户从1G时代进入5G时代，但是汽油内燃机的热效率仅仅提高了多少？10%而已。1960年汽油内燃机最高热效率大约30%，如今，2020年约为40%，70年提高了10%，可见提高内燃机热效率有多难。

为什么提高热效率这么难？内燃机的本质是将热能转化为动能，但根据热力学第二定律：不可能从单一热源吸收热能并使之完全转换为有用功而不产生其他变化。首先在燃烧过程中，燃料燃烧产生的能量，只有一部分能够转化为机械能，其他的都变成热量散失了。就算是转化为机械能的这部分，依然还要损耗，比如说齿轮零部件的摩擦，活塞和缸壁的摩擦，都要损失能量。想要提高热效率，虽然可以通过提高压缩比、缸内直喷、等方式提高热效率，但是热效率有极限。

根据汽油机的奥托循环效率公式：η=1-ε^(1-γ），η为效率，ε为压缩比13，γ为空气比热容比。所以汽油发电机只要取奥托循环，热效率就不会超过64%。

混动汽车效率更高

在目前发动机热效率达到瓶颈的情况下，使用电机是目前比较现实的能够提高效率的方式，很多人其实并不理解为啥混动汽车油耗更低，他们觉得，用发动机烧油发电，再用电驱动电机，怎么可能比直接烧油效率更高呢？不符合能量守恒定律啊？这说明他们的物理学的都是半吊子，根本没有完全理解发动机热效率这回事。

发动机热效率一般都是指的最大热效率，是在理想条件下才能达到的，比如说以时速80km匀速行驶，但是日常开车是不可能一直维持这个工况的，市区行驶走走停停，发动机频繁处于高转速高负载，油耗也比较高，但是电机一方面效率能够达到90%左右，另一方面，电机无论转速多少，都能输出最大扭矩，所以也就能够始终保持最高效率。

所以为啥混动汽车能够省油，中低速使用电机驱动，避免使用发动机热效率最低的工况，而高速使用发动机直接驱动，利用发动机最高热效率的区间，所以能够省油也就在意料之中了。

所以短期来看，发动机的热效率提高依然任重道远，所以很多车企都用电机搭配内燃机的方式，来达到较高的实际效率，这种驱动模式，随着排放政策的日益严苛，可能会日益成为主流。

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。

汽油发动机40%热效率意味着什么

一．柴油机的主要特点

（1）有能量密度高（大型低速增压柴油机的有效热效率已超过50%），燃油消耗率低，这对节约能源和提高经济效益都很重要。

（2）好的燃油经济性；

（3）温室效应气体排放少，其二氧化碳的排放量比汽油机大约低30-35%，但废气中含有害成分（NO，颗粒物等）较多，噪声较大，在环境环抱方面已引起重视。

（4）功率和转速范围很大（功率1—65580KW，转速54—5000r/min），因此应用领域宽

（5）结构较复杂，零部件材料和工艺要求较高，制造成本较高，与汽油机相比质量较大。

（6）新技术（电子控制，增压，废气再循环，新材料）应用多，发展快。产品研制开发和生产装备的投资大，属于技术密集和资金密集性产品。

二．柴油机原理简介

柴油机所用燃料是柴油，起评价的指标是：

1. 发火性：评价柴油的自燃能力，用十六烷值来表示。

2. 蒸发性

3. 粘度：燃料流动性的尺度。

4. 凝点：柴油开始失去流动性的温度

在结构方面，柴油发动机与汽油发动机具有基本相同的结构，都有气缸体、气缸盖、活塞、气门、曲柄、曲轴、凸轮轴、飞轮等。但前者用压燃柴油作功，后者用点燃汽油作功，一个“压燃”一个“点燃”，就是两者的根本区别点。

汽油机的燃料是在进气行程中与空气混合后进入气缸，然后被火花塞点燃作功；柴油机的燃料则是在压缩行程接近终了时直接喷注入气缸，在压缩空气中被压燃作功。

这个区别造成了柴油机在燃料供给系统的结构有其自己的特点。柴油机的燃料喷射系统是由喷油泵、喷油器、高压油管及一些附属件组成。

柴油机燃料输送的简单过程是：输油泵将柴油送到滤清器，过滤后进入喷油泵（为了保证充足的燃料并保持一定的压力，要求输油泵的供油量比喷油泵的需要量要大得多，多余的柴油就经低压管回到油箱，其它部分柴油被喷油泵压缩至高压）经过高压油管进入喷油器直接喷入气缸燃烧室中压燃。

为了柴油机能在怠速稳定工作和限制柴油机超速，在喷油泵上还带有调速器。喷油泵是柴油机燃料供给系统中最精密的部件，它的作用就是根据柴油机工况的变化调节柴油量，并提高柴油压力，按规定的时间与规律将柴油供给喷油器。

三．柴油机新技术

高压共轨电子控制燃油喷射技术简介

传统的柴油机存在着供油不精确的问题，解决的办法是用电子控制燃油喷射的技术。与汽油机相比柴油机的电子控制燃油喷射系统有很多相同之处，在整机电脑管理方面两者基本相同，但因柴油机的喷射系统形式多样，电控系统的硬件也呈多样形式，同时柴油机需要对油量、定时、喷油压力、喷油路等多参数进行综合控制，其软件的难度也大于汽油机。

第一代柴油机电控燃油喷射系统也称位置控制系统，它用电子伺服机构代替调速器控制供油滑套位置以实现供油量的调整，这类技术已发展到了可以同时控制定时和预喷射的 TICS 系统。

第二代系统也称时间控制系统，其特点是供油仍维持传统的脉动式柱塞泵油方式，但油量和定时的调节则由电脑控制的强力快速响应电磁阀的开闭时刻所决定。

第三代也称为直接数控系统，它完全脱开了传统的油泵分缸燃油供应方式，通过共轨压力和喷油压力／时间的综合控制，实现各种复杂的供油回路和特性。强力快速线形响应电磁阀是各种系统共同的技术难点。

因柴油机的喷射系统形式多样，国外柴油机的电控系统也形式多样，有直列泵和分配泵的可变预行程 TICS 系统，有基于时间控制泵喷嘴系统，有蓄压共轨系统和高压共轨系统等。各种技术方案都在原有的基础上发展，但高压共轨系统是总的发展方向。

共轨式电控燃油喷射技术的原理

共轨式电控燃油喷射技术通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁开关阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放。

其主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将燃油加压送入高压油轨，高压油轨中的压力由电控单元根据油轨压力传感器测量的油轨压力以及需要进行调节，高压油轨内的燃油经过高压油管，根据机器的运行状态，由电控单元从预设的 map 图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液控制的电子喷油器将燃油喷入气缸。

现在该项新技术已开始在国外以柴油机提供动力的汽车上投入使用。这是世界汽车工业为满足日益严格的废气排放标准的必然趋势。

共轨式电控燃油喷射技术的特点与现状

柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，因为它集成了计算机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油结构于一身。该技术的主要特点是：

1. 用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀；

2. 用共轨方式供油；

3. 高速电磁开关阀频响高，控制灵活；

4. 系统结构移植方便，适应范围宽。

这一技术的研究与开发热点在于：

（ 1 ）如何解决高压共轨系统的恒高压密封问题；

（ 2 ）如何解决高压共轨系统轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀问题；

（ 3 ）如何解决高压共轨系统的多 MAP （三维控制数据表）优化问题；

（ 4 ）如何解决微结构、高频响电磁开关阀设计与制造过程中的关键技术问题。

共轨式电控燃油喷射技术对环境保护的促进作用

共轨式燃油喷射技术有助于减少柴油机的尾气排放量，以及改善噪声、燃油消耗等方面的综合性能；它在有利于地球环境保护的同时，也必将促进柴油机工业、汽车工业及与之相关工业的发展。

增压中冷

增压可使柴油机在排量不变，重量增加不大的情况下达到增加输出功率的目的。与相同功率的非增压柴油机相比，增压柴油机不仅体积小，重量轻，功率大，而且还降低了单位功率的成本。因此，增压技术不仅广泛应用在柴油机上，而且还推广到汽油机，是改善内燃发动机的重要技术手段。

但是事物总有矛盾性，空气压力的提高就是空气密度的提高，空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高，这如同给轮胎打气时泵会发热一样。发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高，温度提高反过来会限制空气密度的提高，要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。据实验显示，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10摄氏度，柴油机功率能提高3%－5%，还能降低排放中的氮氧化合物（NOx），改善发动机的低速性能。因此，也就产生了中间冷却技术。

柴油机中间冷却技术的类型分两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也就是用外界空气冷却。当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。因此，汽车柴油机大都用空气冷却式中冷器。

空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到一个散热器中，利用风扇提供的冷却空气强行冷却。空气冷却式中冷器可以安装在发动机水箱的前面、旁边或者另外安装在一个独立的位置上，它的波形铝制散热片和管道与发动机水箱结构相似，热传导效率高，可将增压空气的温度冷却到50至60摄氏度。

中间冷却技术不是一项简单的技术，过热无效果白费工夫，过冷在进气管中形成冷凝水会弄巧成拙。因此要将中冷器和涡轮增压器进行精确的匹配，使得压缩空气达到要求的冷却温度。

柴油机发展展望

柴油机的大功率，低排放，良好的电子控制等显著优点将使柴油发动机在新的时代有长足的发展。现在全球各大厂商正致力于新型绿色环保柴油机的研发，在NO和颗粒物的排放方面将得到近一步改善。而起关键是在燃油的精确配置和废气的后置处理，各多的电子新科技将运用到新一带柴油机上。而且在混合动力方面柴油机也有起应用特点，高扭矩配合电动汽车的快速响应和0排放，将是一种很不错的选择。

为什么柴油机能做到50%以上热效率？

随着科技的进步，越来越多曾经难以想象的先进技术被研发出来，而就在最近，新一代凯美瑞再次让全世界的车迷大吃一惊，它竟然将一台自然吸气四缸发动机的热效率提升到了40%。接下来，让边肖汽车向朋友们简单介绍一下汽油发动机40%的热效率意味着什么。

到底什么是热效率？

热效率这个词听起来有点无聊。科学书中的严格解释是单位体积燃料的内能与动能之比。比率越高，燃料对动能的效率越高。对于普通消费者来说，可以理解为比值越高，发动机功率越好，油耗越低，排放水平越好。

但是你知道汽车发动机能量损失是不可避免的吗？现在世界上所有汽油车的发动机热效率几乎不可能达到50%，这也说明即使你的车加满一箱油，我感觉真的&ldquo消费&rdquo给车轮的动力不到一半，大部分基本被各种能量损失所用。

那么，除了转化为动能并应用到车轮上的燃油，剩下的汽油基本都去哪里了呢？这些燃料大部分会被发动机的冷却带走，称为冷却损失，一部分会通过排气排放到大气中，称为排气损失。这两块所占比例最大，约占总能量的40%，但这是不可避免的能量消耗，所以发动机可以&ldquo少吃食物，多跑步。我们只能从剩下的60%开始。

如果你想让马跑，你需要少吃草。这是一个永恒的问题，在汽车领域也是如此。此外，汽车不仅需要考虑能耗，还需要考虑日益严格的排放法规。以汽车大国美国为例。到2025年，各汽车厂商销售汽车的平均燃油合理性(CAFE)必须达到54.5mpg(相当于4.31L/100km)，基本为&other双重标准。是的。有鉴于此，各大车企也在努力开发新技术，以应对新规。在中国，随着&ldquo六个国家。排放法规的颁布可以说是未来世界上最严格的排放法规之一。

应对难题，研发技术

为了应对这一困难，很多厂商开始绞尽脑汁研发新技术，发动机的热效率是影响油耗和排放数据的关键环节。对于一辆搭载33%热效率发动机的汽车(现在大部分汽车发动机的热效率在28%-33%之间)，使用40%热效率发动机后，整车的合理燃油性能会提升15%-20%。

以平均每百公里油耗7升，每年行驶1.5万公里的汽车计算，使用热效率40%的发动机，每年至少可以节省200升汽油，可以节省1300多元的燃油成本。节省下来的200升汽油不仅可以节省大量的燃料费用，还可以为全球的环境保护做出贡献。

汽油机40%的热效率意味着什么？今天，我给大家简单介绍一下边肖汽车。如果你想让马跑，你需要少吃草。这是一个永恒的问题，在汽车领域也是如此。此外，汽车不仅需要考虑能耗，还需要考虑日益严格的排放法规。我希望帮助我的朋友。

百万购车补贴

100多年，从14%提升到43%，发动机热效率的提升为什么这么难？

在中国市场，柴油发动机搭载在家用轿车上不多，但是在欧美国家柴油发动机是一个很普遍的机器，主要由于其出色的节能性以及强悍的扭矩得到不少消费者的喜爱。大扭矩，意味着车辆不需要特别高的转速就能得到不错的马力输出，对于日常用车来说有一定帮助，在车辆加速时不需要降挡就可以获得足够的加速度，降低了因为变速箱带来的不利影响。

压缩比

柴油机的压缩比会比汽油机的压缩比更高，而内燃机的压缩比更高，其做工的效率也会更高。柴油机比汽油机压缩比更高其中的原因是因为柴油发动机压缩时只有空气在进行压缩，即便是有很高的压缩比，也不会产生提前爆燃的情况，并且柴油机是依靠压缩空气本身的温度将喷射进去的燃油瞬间点燃，所以柴油机需要把空气压缩到柴油的自燃温度以上。

汽油机压缩的是混合气，理想情况下是压缩到一定程度后通过火花塞点燃混合气，不能将其压缩到那么高的温度，所以汽油机不会过多压缩混合气，以确保温度不会过高，而柴油机则需要更多的压缩来提升温度。压缩比的大小直接关系到发动机的效率和扭矩，所以更高压缩比的柴油机能够输出更大的扭矩。

燃烧速度

我们都知道，汽油机是通过火花塞点燃混合气，火焰以火花为中心传播开来，将所有的混合气燃尽，而柴油机是几乎在柴油被喷射进燃烧室的瞬间就被点燃了，所以能在更短时间内完全燃烧。

观察活塞运动可以发现，汽油机的活塞在混合气燃烧完之前已经下行了相当长的距离，而柴油机的活塞在燃油完全燃烧前只移动了很小的距离，这样的结果就是柴油机的燃烧火焰有更多的时间在推动活塞下行，转化为更多的有用功和更大的扭矩。而汽油机上，如果活塞在远离上止点后还有燃烧在发生，而这部分火焰就只能推动活塞很短的距离，如果更靠近上止点，就可以推动活塞运行更长的距离。所以汽油机如果拥有柴油机的瞬燃特性也能最大化扭矩输出。

缸径行程比

事实上柴油机更倾向于长行程小缸径，汽油机则更倾向于大缸径短行程，因为扭矩即力x距离，所以在柴油机应用中，不但有更大的力，还有更长的距离（更长的曲轴曲柄）来放大这个力，最终下来这些都转化为更大的扭矩。

举个例子，如有两台0.6L的单缸发动机，柴油机缸径为80mm，行程120mm；汽油机缸径为100mm，行程80mm，排量都为0.6L，但是柴油机的行程长的多。

值得一提的是，因为柴油机的燃烧速度要快得多，所以燃烧发生的时机并不在最佳的曲轴角度，所以长行程对于制造更多的扭矩有明显帮助。更重要的是柴油机有着更高的压缩比，配合瞬间燃烧和涡轮增压等才是影响柴油机扭矩高的原因。

更长的行程限制了柴油机的转速，因为如果行程更长，相同转速下活塞就要移动得更快，以上文的参数为例，设转速在3000rpm，120mm行程的柴油机活塞平均速度为12m/s，这这个活塞平均速度对应80mm行程的汽油机转速为4500rpm。所以两台发动机的活塞平均速度一样，但是汽油机的转速要高得多。

柴油机更适合涡轮增压

柴油机的零部件强度更高，铸铁缸体、活塞、连杆、曲轴的强度很高，这些会使发动机更加笨重，但也可以承受更大的扭矩。

柴油机另外一个特性是稀薄燃烧，柴油机的空燃比可以达到18:1~70:1之间，通过稀薄燃烧，就会有更多的空气可以用于膨胀做有效功，因此发动机的效率会更高，达到这种效果就需要涡轮增压器的帮助，使用涡轮尽可能压入更多的空气进行高效的燃烧。

同时，柴油机的泵气损失也比汽油机小，因为柴油机不需要节气门，或者说有一个几乎常开到最大的节气门。相反，汽油机的空燃比范围就小得多，同时增压值也不会太大，因为原厂的汽油机并不像柴油机那样设计得能承受很大的增压值。总的来说，更大的增压值、更多的燃油就等于更大的马力，也就拥有更大的扭矩。

柴油的能量密度大

相同体积的燃油，无论是1L柴油还是1L汽油，柴油大约比汽油多10-15%的能量，所以喷射同样多的燃油，柴油会制造更多的能量，也就是更多的扭矩。

美国威斯康辛大学有过一个研究，通过柴油和汽油混合达到60%热效率的发动机，不过这是在实验室条件下达成。主要是因为柴油和汽油的燃烧速度不同，通过歧管喷射汽油，随后通过缸内直喷喷射柴油，再通过柴油引燃汽油的方式来做功，低负载情况下汽油用量较少，使用更多柴油，而在高负载情况下汽油和柴油的比例最高可达9：1。

这种技术首先排放很低，几乎不会产生氮氧化物，同时由于进行了提前喷射进行混合，充分混合的柴油并不容易产生颗粒物；此外，虽然使用了柴油，但是这种发动机可以在不安装尾气处理装置满足2010年EPA排放法规，所以在排气处理上会比传统柴油机更有优势。

但由于需要有两种燃油，所以需要有两套燃油装置，这是这种发动机不足的地方。同时如果想要达到60%的热效率，就必须停止对活塞的冷却，但这样对于零部件的耐用程度是一种考验，也是以后量产需要解决的地方。

这种发动机的优点同样在热效率上，根据了解，最大热效率可达55%，不过其做功形式跟传统柴油发动机有所区别，这种发动机使用对向燃烧室的设计，这种发动机有achates power研发。

最早的对向活塞发动机要追溯到19世纪末期，被用在船、飞机、潜艇、坦克、火车等交通工具上，劳斯莱斯甚至在1950年代开发了用于军事用途的对向活塞发动机。

对向活塞发动机的活塞区别于普通发动机，它的活塞是对向运动的，在上止点相遇，之后分别开始做功，这种发动机是两冲程发动机，这意味着每当活塞在中间相遇的时候就开始做功，所以不需要四冲程发动机的换气冲程。

这个发动机的基本工作原理的很简单的，当活塞到达下止点时，新鲜的空气从气缸下面的进气口进入气缸，燃烧后的气体从气缸顶部的排气口排出，之后两个活塞相互靠近，在接近中点之前柴油会被直接喷入气缸，每个气缸有两个对向安装的喷油嘴。燃烧开始后将活塞分离，之后整个循环不断重复，上面的活塞和下面的活塞各自使用一根独立的曲轴，两根曲轴通过齿轮结合在一起，作为一根轴输出动力。

使用两根曲轴看似很复杂，实际上这个发动机没有气门结构，意味着没有凸轮轴、摇臂、气门、气门弹簧甚至连气缸缸头都没有。举个例子，一台2.7L 3气缸的这种高电脑挂机可以输出270匹马力，650N·m的扭矩。

首先，没有了缸头，燃烧后炙热气体接触的面积更小，相比起燃烧室的面积，接触面积减少了很多，相对于把热量传递给缸头，它的热量传递给了两侧对向的活塞，这意味着有更多的热量被用于做功，并且把整个气缸的运动距离分给了两个活塞，这使得冲程缸径比很大，并且活塞的运动速度很低，这就使得能量的利用率更高。

此外，两侧活塞顶部的燃烧室能设计得非常理想，这样空气和燃油混合得更快，燃烧速度也就更快；这台两冲程发动机由机械增压来控制进气压力，并且还有涡轮增压的双增压结构，进气孔和排气孔被设计得最有利于扫气，排气口会首先打开，让燃烧后的高温高压气体排出，当气缸内压力降低，进气口打开，新鲜空气进入气缸将剩余的废气排出，进排气口在活塞向中心运动时关闭，会有少量的废气剩余。

从效率角度来讲，这是最理想的配置，如果只有两个气缸，供给涡轮的气流就会有很大的真空期，会降低整体的效率，尤其是低转速、低负载时，没有足够的排气气流去推动涡轮。如果是四个气缸，一个气缸的排气口打开时间和另外一个气缸的进气口打开时间就会有过多重合，这就会让气缸内剩余的废气变多，降低扫气效率，最终同样会降低整体效率。

当然，这不能说明这种发动机不能使用其他的布局，2、3、4、5缸都是可以的，achates也在开发一种以性能为目标的四缸发动机，但是在效率角度来讲，三缸是最理想的。说到效率，测试数据显示在很宽泛的负载条件下，发动机输出热效率都能处于40%以上，最大热效率达到46%，气缸内热效率在负载测试下都没有低于51%，所以这个发动机的优势不仅仅是最大热效率很高，而且具有非常宽泛的转速和负载下都能有非常高的热效率。在2012年就达到了SAE一项2018年的研究报告中，使用三缸对向活塞柴油机达到了55%的最大热效率。

在2017年底特律车展上，有9家主机厂成为了这种该发动机的研发参与伙伴，如今只有有一家已经开始实验生产这种对向活塞发动机了。但是由于这是两冲程发动机，在环保上会有明显的劣势，因为两冲程发动机的机油是参与燃烧的，在日益严格的环保法规限制下，必然会遭受毁灭性打击。此外，由于没有配气机构，所以进排气口的位置、高度都会影响着发动机的进排气相位，同时直接影响发动机的性能，同时不同拥有可变气门技术，所以难以满足在任何工况下的效率、动力表现。

以上，就是柴油发动机比汽油发动机优胜之处，但想要柴油发动机在中国能够普及，油品质量必须先提高，只有拥有良好的配套设施，发动机才能出色发挥实力，而这一点是我国的短板。混合燃烧发动机拥有出色的热效率表现，但是由于需要两套燃油加注系统，不利于量产车型的使用；对向活塞发动机也是如此，热效率高，但发动机的震动，各个工况下的输出、排放是否能达到量产化标准，还需要厂家们继续努力。

在发动机的发展史上，有哪些技术大幅提高了

100多年，从14%提升到43%，发动机热效率的提升为什么这么难？

所谓的发动机热效率，意思就是发动机输出的机械功和燃料燃烧产生能量的比。初中课本上都学过热力学第二定律，简单说，就是第二类永动机是不可能实现的，如果发动机的热效率达到了100%，其实就变成了第二类永动机了，燃油产生的能量100%转化为动力，发动机就不会有震动，也没有声音，更不会发热，这明显是不可能的事情。

发动机的热效率之所以达不到100%，主要是有两方面的原因，第一个就是汽油在发动机里面本身就是不完全燃烧的，就和我们人吃东西一样，食物所含的能量和营养不可能100%被人体消化吸收，现代汽车的电喷系统就算再先进，也没有办法将油气混合物充分的燃烧，这就有一部分的能量会随着尾气排出白白的浪费掉。

另一方面，发动机在运行的过程中避免不了热量损失、机械损失和泵起损失，也就是说汽油燃烧产生的能量很大一部分不是用来驱动汽车前进，而是用在了别的地方。比如说发动机在工作的时候会产生发热、震动和噪音，这些都是需要消耗能量的。虽然热效率达不到100%，但对于发动机工程师来说，他们大部分的工作其实都是在让热效率变得更高。1876年，德国人奥托制作了世界上第一台四冲程的内燃机，这台机器的热效率只有14%，到现在已经过了100多年。

目前市面上量产的动力系统热效率普遍都在40%左右，其中比较突出的就是马自达最新量产的动力系统，热效率达到了43%，比丰田混动系统的41%还要高出两个百分点。100多年的时间，从14%-43%热效率只提升了29%，但是每提升1%都是很大的进步。

这个就好比百米赛跑，1968年的世界纪录是9.95秒，到2009年博尔特的成绩是9.58秒，40多年才提升了0.37秒，和发动机的热效率一样，都是一次又一次的在突破极限。对于厂家来说，热效率可以代表自己的硬实力，当然是越高越好，但是对于我们买车的人来说，热效率不一定是越高越好，热效率高了，成本自然也就越高，发动机的耐用性也会受到一定的考验，比如梅赛德斯AMG的project one用的就是F1的发动机，售价高达1800万，发动机的寿命却只有5万公里，5万公里之后报废还想开，就只能再买一台新的。

总的来说，发动机的热效率做不到100%是物理原理决定的，发动机的热效率越高也的确是更厉害，但是在买车的时候也没有必要太在意热效率这个指标高一点低一点，对我们日常的驾驶和油耗并不会有太大的影响

马自达动力强耗油量低，他的压燃发动机到底有什么魔力？

这样的前提下，柯尼塞克找家民用车企来靠走量(但这么说的话找观致貌似找错了呢……)冲淡下技术成本，观致找个牛逼技术来提升提升门面，也算得上是各取所需吧……@_@谢邀~ 当时参加了车展现场活动，而且参加了workshop，（当时录了，这是已经上传的部分观致QamFree发动机技术讲解（part3））。

第三，观致并非第一个与FreeValve公司合作的车企，但是由于观致没有历史包袱，所以才有机会首先将其量产。热效率一般在30%左右，最高的也不到40%。

如果热效率能提高到50%，那就意味着相比现有发动机，能耗可以降低20%-40%！丰田宣布将于2015年内上市的新一代普锐斯所配备的汽油发动机，最高热效率将达到40%，这也是量产汽油发动机的“全球最高值”。至于单位燃油产生的功率是不是大了——单位燃油产生的热量可以看作不变，但是热量转化为发动机的输出功，是随着发动机转速、负荷的不同变化的。

发动机的燃油经济性和整车的燃油经济性不是一回事。

通常自然吸气发动机高效率区域出现在高负荷中高转速，一般城市甚至高速工况都无法在此区域内工作；而增压发动机的万有特性高效率区域可以出现在比自然吸气发动机低负荷低转速的区域，通过合理的传动系统匹配，可以让整车工作在这一区域或者尽可能靠近，从而达到节省燃油的目的。

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1886年被视为汽车的诞生日，那辆奔驰一直为人所津津乐道。但是其动力单元却实在“寒酸”：第一辆“三轮奔驰”搭载的卧式单缸二冲程汽油发动机，最高时速16KM每小时。这就是第一辆汽车的发动机，那时勇敢卡尔奔驰的夫人驾驶这辆奔驰1号上坡还需要儿子推车，当然沿途不停的熄火，转向也不灵，回娘家100公里的路程硬是走了一整天。

四冲程发动机其实早就由德国人奥托研制出来了。但应用的汽车上不得不提戴姆勒，他由于协助奥托研制四冲程发动机的原因而成为了第一个将四冲程发动机装上汽车的人。显然，从四冲程到二冲程是个巨大的进步。四冲程发动机的平衡性与燃烧效率都更加好。如今的汽车发动机技术已经基本全部用的是四冲程技术。而在发动机的基本运行方式确定后，却有人又向传统发出了挑战。

1957年，德国人汪克尔发明了转子活塞发动机，这是汽油发动机发展的一个重要分支。转子发动机的特点是利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构，无曲轴连杆和配气机构，可将三角活塞运动直接转换为旋转运动。它的零件数比往复活塞式汽油少40%，质量轻、体积小、转速高、功率大。1958年汪克尔将外转子改为固定转子为行星运动，制成功率为22.79千瓦、转速为5500转/分的新型旋转活塞发动机。该机具有重要的开发价值，因而引起各国的重视。日本东洋公司（马自达公司）买下了转子发动机的样机，并把转子发动机装在汽车上，可以说，转子发动机生在德国，长在日本。如今转子发动机依然只是马自达一家公司在用，不知道马自达这门独门技术何时能全面开花。

发动机的工作形式确定后，就是发动机技术的完善了，随着时间的推移，好多发动机的经典设计都已经不能满足人们的需求了。

化油器最早诞生于1892年，由美国人杜里埃发明。随着技术的演进，化油器功能愈加完备，直到上个世纪中后期，化油器已经分为五部分：主供油系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统。五部分的作用在于：根据发动机在不同情况下的需要，将汽油气化，并与空气按一定比例混合成可燃混合气，及时适量进入气缸。

化油器的优点有：能够将内燃机的油气比控制在理想的水平上，不论天候、温度，永远进行着一成不变的工作。而且化油器的成本低、可靠度高，维修、保养容易。当然化油器也存在许多弱点：比如，在冷车启动、怠速运转、急加速或低气压环境等，这样固定的供油方式实际上并无法全面满足引擎的运转需求，甚至可能因而产生黑烟、燃烧不全与马力不足等状况。因此，2002年起，中国已经明令禁止销售化油器轿车，此后所有车型都改用电喷发动机。

当然目前在马路上跑的还有化油器式的发动机，随着时间的推移，化油器式发动机将彻底退出历史的舞台。

电喷提供最早出现于1967年，由德国保时捷公司研制的D型电子喷射装置，随后被用在大众等德系轿车上。这种装置是以进气管里面的压力做参数，但是它与化油器相比，仍然存在结构复杂，成本高，不稳

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定的缺点。针对这些缺点，波许公司又开发了一种称为L型电子控制汽油喷射装置，它以进气管内的空气流量做参数，可以直接按照进气流量与发动机转速的关系确定进气量，据此喷射出相应的汽油。这种装置由于设计合理，工作可靠，广泛为欧洲和日本等汽车制造公司所用，并奠定了今天电子控制燃油喷射装置的雏形。

目前为止，电喷系统的行车电脑会随时侦测引擎温度、进气流量、转速变化、震动状况，并依照实际需求调整供油量与点火时间，因此在动力输出、燃油经济与排污表现上可以取得相当不错的平衡。同时为了增加发动机进气量，提高燃油效率，发动机从早期的单点喷射，演化至多点喷射，气门数量从两个增加至五个。目前最先进的当属搭载VVT可变气门技术的电喷发动机。

总体而言，电喷供油系统的最大优点就是燃油供给之控制十分精确，让引擎在任何状态下都能有正确的空燃比，不仅让引擎保持运转顺畅，其废气也能合乎环保法规的规范。然而，电喷供油系统并不是最科学的。由于内燃机构造的先天限制，电喷喷嘴安装在气门旁，只有在气门打开时才能完成油气喷射，因此喷射会受到开合周期的影响，产生延迟，因而影响电脑对喷射时间的控制。不过好在这一问题已经被缸内直喷技术解决了。

近两年，当欧美厂商意识到电喷技术的研发已经进入瓶颈期，于是缸内直喷技术成为了各大厂商的主攻方向。目前市场上备受关注的缸内直喷发动机包括：奥迪FSI缸内直喷发动机、凯迪拉克SIDI双模直喷发动机。

与电喷发动机相比，缸内直喷发动机的喷油嘴被移到了汽缸内部，因此缸内油气的量不会受气门开合的影响，而是直接由电脑自动决定喷油时机与份量，至于气门则仅掌管空气的进入时程，两者则是在进入到汽缸内才进行混合的动作。由于油、气的混合空间、时间都相当短暂，因此缸内直喷系统必须依靠高压将燃油从喷油嘴压入汽缸，以达到高度雾化的效果，从而更好的进行油气混合。

其中混合油气的压缩比越高的发动机，它的动力表现越强大，相应的节能效果越明显。奥迪3.2升FSI缸内直喷发动机的压缩比达到了10.3：1；凯迪拉克3.6升SIDI 双模缸内直喷发动机的压缩比达到了11.3：1。此外，缸内直喷系统的燃烧室、活塞也大多具有特殊的导流槽，以供油气在进入燃烧室后能够产生气旋涡流，来提高混合油气的雾化效果与燃烧效率。

一般而言，应用了缸内直喷技术的发动机要比同排量的多点喷射发动机的峰值功率提升10%至15%，而峰值扭矩能提升5%至10%。这样的提升，可谓是一种质变，而单靠增加气门数量是难以达到这一效果的。

在发动机的工作方式和喷油方式确定后，发动机的进化之路并没有终止，在发动机技术的完善上一代一代的汽车人在做着不懈的努力。有些完善甚至都没办法记录。很显然现在的发动机运转更加平顺了，抖动也不是那么激烈了。燃油经济性也更好了，马力更足了。而这些都是依赖于新技术的运用。为了改善进气就有了：本田的ECVT,丰田的VVT-I,现代的CVVT，通用的DVVT等可变气门正时技术；为了获得更好的空燃比，就有了大众的TFSI分层喷射技术，VIS可变进气道技术，涡轮增压中冷技术等等；为了使环境污染最小在排气管里又增加了氧传感器，三元催化转化器，以及废弃在循环技术。

目前，由于环境污染的恶劣影响，对汽车尾气排放的要求也越来越高，老气的发动机技术淘汰已经成了必然，更多充分利用能源的技术也在不停的研发当中。同时由于全球能源危机的巨大影响，更加节能的新能源技术必将在发动机技术的发展上书写重重的一笔。

压燃式汽油发动机，最大的优点就是省油，它的热效率可达50％，比普通的汽油发动机要高得多，但控制比较困难，而且控制系统非常复杂，成本相对的比较高，很多汽车厂都对压燃式汽油机进行了研究并开发，压燃式汽油发动机非常省油，2.0排量的车，百公里耗油仅为3.3升，如此省油确实令人期待，不过有一利就有一弊，发动机的成本也随之而上升。

马自达一直宣传的所谓压燃汽油机实际还是有火花塞，其所谓的压燃只是用了多次喷油，每次喷油量很小，最后一次在火花塞附近形成较浓油汽，有利于火花塞引燃。

再从汽油的特性上说，为什么到目前为止没出现真正意义的压燃汽油机。汽油与柴油最本质的差异在于点燃点较低，一个直观的例子就是汽油在没有与明火直接接触时都有可能引燃，而柴油即便与明火接触也不容易点燃。这是造成汽油机难以应用压燃的根本原因。用压燃时，因为压缩比高，压缩后产生热量大，温度高，汽油很容易非控制的点燃，在压缩过程中就自己点燃，造成爆震，降低动力，损伤发动机。而柴油因为燃点高，不容易出现爆震，所以可以用压燃。

优点燃油经济性好节省燃料，缺点容易超温燃烧氮氧化合物排放超标

马自达之所以要搞压燃，实际上也是没办法的办法（不得已而为之）；各大主机厂探寻稀薄燃烧边界都是一小步、一小步的走，逐渐增加空燃比（没有放到量产的领域），所以依靠分层喷射、分层点燃的方式来实现，而马自达二代创驰蓝天、直接奔着量产去了，要量产就必须考虑环保的问题，所以机器压燃状态时、空燃比必须超过29.4，这时面临的问题就是；分层太多，利用火花塞跳火、逐层引燃的方式没办法完全引燃，混合气浓度太低、火花传递能量不足，所以面对这个没办法点燃的问题，马自达才拿出了压燃的解决方案！