发动机热效率达到55%？怎么做到的？

      相信不少朋友在网上看到过“发动机热效率”这个词，但未必能解释清楚其中的含义，顶多知道这款发动机很厉害罢了。下面我们就来看看发动机热效率到底是个什么概念：

      发动机的工作原理是让燃料在汽缸内爆燃，在一瞬间内形成大量的高温、高压气体，以此来推动汽缸活塞运动，从而将蕴藏在燃料中的化学能转化成机械能，再通过曲柄机构将活塞的往复运动转化成作用于变速箱的圆周运动。

      发动机其实就是将热能转化成动能的东西。但柴油燃烧所得的能，有很多都是被浪费掉的。热效率也就是1单位柴油所产生的动能，简单的说就是热效率越高，发动机越省油。

      所以，降低油耗与发动机热效率的高低密切相关。2009年美国能源部宣布，准备在2010-2015年投资2.7亿美元用于研发比原有卡车油耗低50%、发动机热效率提高50%、排放标准高于欧VI的“超级卡车计划”。在2016年，美国开始了第二期超级卡车项目，投资8000万美元，在50%热效率发动机基础上，进一步将发动机热效率提升至55%。康明斯作为美国超级卡车项目第一期和第二期的重要参与单位，发动机热效率达到了55%！这又是怎么做到的呢？

001实现55%热效率的总线路图

      康明斯在超级卡车计划第一期中实现的51%热效率（BTE）发动机基础上，继续开展节能技术研究。为实现55%热效率的目标，预计将从燃烧系统方面优化使BTE提升1.3%，从喷油系统方面优化使BTE提升1.3%，从空气系统（EGR和增压器）方面优化使BTE提升0.6%，从改善机械效率方面使BTE提升0.6%，从余热回收系统优化方面提升0.2%。采用这些优化方法，使发动机热效率在原机基础上提高了4%，达到55%热效率水平。

002燃烧系统优化

       燃烧系统优化是改善热效率的重要方法，其在实现55%热效率目标中所占比重较大。在超级卡车第一期中，康明斯采用了钢活塞，并对活塞进行了冷却。为了实现55%热效率的目标，康明斯将进一步提高压缩比，无活塞冷却或少量冷却，采用先进的隔热涂层技术减小燃烧室的传热系数，提高冷却液温度，以降低传热损失。通过采用这些技术，预计使BTE提高1.3%。

003燃油喷射系统优化

      在超级卡车第一期计划中，康明期采用了传统的高压共轨和喷油器；而在第二期计划中，康明斯将采用高流量喷油器，是传统喷油器流量的3倍。提高喷油器流量有利于缩短燃烧持续期，预计通过提高喷油器流量使BTE提高1.3%。

004空气系统优化

      在超级卡车第一期计划中，康明期采用了冷却高压EGR和VGT增压系统；而在第二期计划中，康明期采用了高低压复合EGR系统和双通道涡轮增压系统，并对排气歧管进行优化设计，预计使BTE增加0.6%。

005余热回收系统优化

      在超级卡车第一期计划中，康明期对高压EGR、排气、冷却水和机油中的余热进行了回收；而在第二期计划中，康明期对高压EGR、低压EGR、排气、冷却水、机油和中冷器中的余热进行了回收，并对透平膨胀机进行优化设计，预计使BTE增加0.2%。

006后处理系统

      对于高热效率发动机而言，其NOx排放通常较高，而且排气温度较低，对后处理系统提出了更高的要求。在超级卡车第一期计划中，康明斯采用了DOC+DPF+SCR的传统后处理技术；而在第二期计划中，康明斯采用了DOC+SCRF Closed-Coupled +SCR的先进后处理技术，可进一步提高NOx转化效率。SCRF是将选择性催化还原SCR催化剂涂覆到壁流式微粒过滤器内，能同时降低柴油机NOx和颗粒物排放的集成式后处理装置。

007机械系统优化

      在超级卡车第一期计划中，康明斯主要采用低张力油环、可变流量机油泵、等离子体喷涂气缸套技术；而在第二期计划中，康明期采用了低张力的活塞环、类金刚石碳（DLC）涂层活塞环、新型等离子体喷涂气缸套、可变流量泵以及降低气门机构损失等技术。类金刚石碳（DLC）涂层具有与金刚石涂层类似的优异性能以及石墨的自润滑性能，具有优异的耐磨性能和摩擦性能，能有效地降低摩擦损失、控制结构磨损。通过以上的机械效率提升技术，预计使BTE提高0.6%。

      综合以上来看，想把热效率提高1%真不是一件简单的事情。