内燃机，你的效率都去哪了？

原标题:《运油车，运油车，你的效率去哪了。》

效率就是生命，对于民用电力系统始终如此今天用电动机代替内燃机，表面上是烧油不烧油的质变，但内在仍然是效率难度较低者补充/代替效率难度较高者的延续

我们知道，汽车汽油机发展到今天，大众产品的峰值热效率刚刚超过43%即使下一代车型正在研发中，目标也只是尽量达到50%——电机超高效率轻松超过90%

那么，为什么内燃机的效率这么低呢一半以上的能源浪费在哪里

每个部分都很重要。

目前内燃机热效率止步于40~50%，剩余能量有一半以上有了确定的归宿。

按照比较常见和粗线条的划分，主要包括排气损失，冷却损失，摩擦/机械损失和泵送损失，剩下的比例就是所谓的热效率。

其中摩擦/机械损失比较好理解，排气损失指的是废气中所含的热能，这个不用多说图中所占比例最大的冷却损失，是指为了保持发动机内部温度不过高而损失的热量，或者维持正常燃烧所需热量以外的多余热量

虽然我们通常的理解是发动机需要散热，但实际上高效率需要将尽可能多的燃料化学能转化为动能而不是热能理想情况下，完全不需要散热无论是缸内温度超过燃烧要求还是发动机整体散发的热量来自消耗的燃油

对于四冲程发动机，活塞上下运动四次，只有一次是由燃料燃烧驱动的那么实际上，无论是进气冲程活塞的向下进气，还是排气冲程活塞的向上排气，都需要克服外界大气压力阻力，这就是排气损失

车企每推出一款内燃机新产品，宣传文案中的改进措施大多到位。阿特金森/米勒循环降低了排气温度和泵气损失，一系列增加混合气稀薄程度的措施降低了燃烧温度，从而降低了冷却损失和排气损失...

峰值不等于全部。

需要注意的是，当内燃机在不同的工况下运行时，这些部件各自的比例也会发生变化即伴随着上图中几个色块的水平移动，它们各自的比例发生变化，增加和减少的方向/速率不一定同步

不难理解，比如摩擦损失会伴随着发动机负荷的增加而减少，因为即使松开油门也会有机械摩擦，所以低负荷下的摩擦损失自然占比较大，伴随着负荷的增加，摩擦损失的量会增加但比例会降低，即对热效率的拖累也会降低。

每种损失的增减幅度与负荷的增加不同步，其结果是剩余热效率呈非线性变化它反映在检查热效率所必需的BSFC燃料消耗率图表中，该图表是锯齿形热效率等高线

也是因为不同工况下各种损耗的脾气不同为了提高内燃机的综合热效率，需要考虑各典型工况的最佳平衡比如摩擦损失优化费时费力，成本高，低负荷情况下效率提升更明显，但高负荷情况下效果可能有限

这时候需要注意的是，所谓的内燃机热效率，其实并不是一个决定全局的数值，只是代表最高值如果你仔细看，你会发现，在宣传文案中，最高或峰值这两个字永远在热效率41%42%43%前面

比如丰田著名的A25A系列2.5L发动机，燃油版和混动版的峰值热效率分别为40%和41%前者在2500转160N左右达到40%，后者写的热效率数字虽然只差1%，但效率分布完全不同比如大于38%的效率面积就比前者大

差别不仅仅是最高效率值的1%差别那么简单。

40%热效率并不意味着车辆可以一直以40%的效率燃烧汽油，因为即使是燃油动力汽车，甚至是增程式混合动力汽车，发动机也不太可能一直运行在最佳效率点的转速—扭矩上只要有偏差，效率必然降低，所以整体效率必然低于峰值热效率

合成的效率不仅取决于BSFC图给出的峰值和轮廓分布，还取决于衡量这种合成的方法或标准就像开同一辆车，驾驶习惯不同，加减速路线不同，油耗和功耗必然有高有低

如果只提高峰值效率值，能耗性能可能不会显著提高除了提高峰值热效率，还可以尝试放大相对高效区的面积，使最高效点更接近最常用的工况，有助于实际应用效果

看到上限，改变世界。

除了一些非常另类的初创概念产品，如今最高的热效率目标是马自达下一代Skyactiv—3的56%F1就算不惜一切代价加各种能量恢复buff，最后还是徘徊在50%左右

除了最终的峰值热效率，指示热效率也开始被提及所谓指示热效率，可以理解为只有在单个气缸固定在台架上，不包括任何附件，不到曲轴就到了活塞的情况下，狭义的纯燃烧做功效率

2021年初，日产宣布实现了50%的台架热效率，即指示热效率年底吉利发布的雷神混动发动机宣称指示热效率达到52.5%，而下一代车型的指示热效率目标是57%

指示热效率是实际热效率的绝对上限，向下方向仍有不可避免的差距和落差，即使今天的新一代内燃机已经尽一切努力通电和拆解，以减少它们之间的落地损失。

作为热机，按照卡诺循环效率公式和今天的基础科学水平，热效率的极限大致是60%多一点自然，当新一代内燃机相对较快地突破40%，逐渐接近50%，指示热效率越来越接近60%时，瓶颈就越来越突出

是内燃机的峰值热效率一步步逼近理论上的当前技术极限单纯通过提高热效率来降低能耗水平变得越来越理想化，混合动力技术等能够充分利用最高效率工作区的手段成为当今时代的主旋律，直至走向纯电

至于高效电机用的电从哪里来，电池会不会拖电机高效的后腿，驱动和储能分别配对时的得失，又是一个更复杂宏大的话题了。