热效率超 40%，只是发展混动技术的开始！

相信很多读者都知道，进入2022年以来，刚哥对比亚迪DM-i、奇瑞鲲鹏DHT、吉利雷神Hi X Hybrid等做了详细的分析。虽然每次介绍的形式不尽相同，但都会提到一个信息点:热效率。

对此，有人会疑惑什么是“热效率”。

热效率，混合动力汽车的重要指标

根据热力学第二定律，从单一热源获取热量，并在没有任何其他影响的情况下完全转化为有用功是不可能的。

换句话说，在转化过程中，热能会有一定的损耗，不能完全用来做功。作为热机的一种，发动机的工作过程可以看作是高温物质转化为低温物质，同时输出功。

热效率是指发动机输出的机械功与发动机燃料燃烧产生的能量之比，是衡量发动机技术水平的重要数据。应该注意的是，该数据在混合动力汽车的开发中尤其重要。

汽车发动机做功的过程就是将汽油燃烧产生的总能量转化为汽车动能。公式是:

发动机热效率=车辆动能除以；汽油燃烧产生的总能量次；100%

这意味着发动机热效率越高，车辆动力越强，油耗越少。目前大部分主流燃油车使用的发动机热效率基本保持在35%-37%之间。至于发动机的热效率，提高1%的热效率需要大量的研发精力。

既然如此，为什么近两年热效率在40%以上的发动机频繁出现在混合动力汽车领域？例如:

吉利雷神hi x混动:雷神发动机DHE15热效率43.32%，最大功率110kW；

比亚迪DM-i:晓云-插电式1.5L高效发动机热效率43.04%，峰值功率102kW；

广汽巨浪混动GMC2.0:巨浪混动2.0ATK发动机热效率42.1%，峰值功率105kW；

事实上，混合动力特种发动机的研发方向与传统燃油发动机有着本质的区别。

在传统燃油发动机的发展过程中，除了不断提高热效率，车企更倾向于提高发动机功率。由于传统燃油车的发动机是唯一的动力来源，均衡的动力性能对用户的出行体验影响很大。

但对于混动车来说，专用混动发动机对热效率的追求更加极致，动力性能也逐渐成为次要的“标准”。

混动车有两套动力总成，发动机+电驱动系统。在这种情况下，VCU可以通过发动机功率分配、能量转换和制动能量回收来提高燃油经济性。从某种意义上说，整个能量组合本质上是两种动力输出的组合。

换句话说，混合动力发动机通常没有动力问题。当用户驾驶混合动力汽车时，可以使用大功率电机满足百公里加速、极限超车等车辆场景。因此，汽车制造商可以深入挖掘热效率的潜力。

热效率40%，也许只是个开始！

发动机最大功率需求降低后，混动系统的发动机有更大的“空空间”，可以用来追求更高的热效率。关于提高热效率的理论基础，刚哥认为主要包括两个方面:

第一，减少进气损失；

第二，使膨胀冲程尽可能长，使排气损失尽可能低。

其中，阿特金森循环/米勒循环是目前汽车市场上最大限度降低发动机排气损失的主要方式。关于阿特金森循环和米勒循环，还得从奥托循环说起。

奥托:1876年，德国工程师奥托在发动机设计中使用了四冲程原理。奥托的循环工作主要分为四个过程，包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。但是在奥托循环中，发动机的压缩比和膨胀比是一致的。

(压缩比，即活塞在压缩冲程中运行到下止点时的气缸容积与活塞在上止点时的气缸容积之比；膨胀比是指做功冲程结束时的气缸容积与做功冲程开始时的气缸容积之比。)

当初由于奥托发动机功率有限，工程师们都在想尽办法提高发动机水平。主要有两种方式:一种是提高压缩比，但由于油气混合物的物理限制，过高的压缩会导致发动机的爆缸；另一种是提高膨胀比，增加工作行程。

阿特金森循环:阿特金森循环可以理解为奥托循环的高级版本，奥托循环是英国工程师詹姆斯·阿特金森于1882年发明的一种新型循环发动机。这种发动机通过复杂的连杆实现膨胀比大于压缩比，这种循环方式也被称为阿特金森循环。

在这种情况下，阿特金森循环的热效率高于奥托循环。

经过多年的发展，现代阿特金森循环发动机已经采用了可变气门正时技术。通过延迟进气门的关闭，使部分气体在压缩冲程时从进气门排出，减少进气量，从而达到膨胀比大于压缩比的目的。

米勒循环:类似于阿特金森循环，米勒循环可以理解为奥托循环的另一个高级版本。米勒循环通过延迟关闭进气门来实现发动机的膨胀比大于压缩比。然而，这只是美国人罗尔夫·米勒提出的一个理论设想，日本马自达公司最终实现了工程化。

通过以上三种循环模式的介绍，我们可以看到阿特金森循环类似于米勒循环。但由于阿特金森循环中进气门关闭时间延长，进气量减少，压缩行程缩短。这种方法虽然可以提高发动机的热效率，但在一定程度上影响了发动机的动力性能。

结合目前市面上主流的混合动力系统，都可以看到阿特金森循环的影子。比如比亚迪DM-i混动系统采用的是广泛的阿特金森循环，丰田THS混动系统采用的是全球阿特金森循环。

对此，刚哥认为，发动机热效率超过40%可能只是个开始，因为无论是阿特金森循环还是低压EGR技术，更多的是机械化、电气化时代的技术，并没有真正将智能融入其中。如果现在的混动产品是第二代产品，那么我们或许可以在第三代混动技术中看到智能混动技术的加入。

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