在当今车坛，随着科技的进步，发展出越来越多曾经无法想象的先进技术，其中大家关注度最高的，莫过于汽车发动机技术的进化。曾几何时，不敢想象一辆叫做宝马i8的汽车可以用一台1.5升三缸发动机爆发出231马力，也不敢相信一辆奔驰S级Plug-in Hybrid的油耗可以低至2.8升/百公里。而就在最近，全新一代凯美瑞又一次让全球车迷惊讶，它竟然把一台自然吸气四缸发动机的热效率拉高至40%，看吧，汽车的世界是多么疯狂！
 

其实这个消息一经爆出，就引起了业界的一片惊叹，一向以产品可靠耐用而著称的丰田，发布这台技术领先的发动机必定已经过充分的考量。这款举世瞩目的全新2.5升直列四缸自然吸气发动机，会装配在即将由广汽丰田国产的全新第八代凯美瑞身上。而更令人惊讶的是，除了这台自然吸气发动机的最大热效率达到40%外，混动版本的发动机热效率更达到了41%！使其再次站上了世界量产车热效率最高峰。

到底什么是热效率

热效率这个词听起来似乎有些枯燥，教科书上严谨的解释是单位体积的燃料内能转化为动能的比值，比例越高证明燃料转化成动能的效率越高。而对于我们普通消费者而言，可以理解为这个比值越高发动机动力越好、油耗更低、排放水平更佳。
 

不过你知道吗，对于汽车发动机来说，能量的损耗是不可避免的，目前全世界所有汽油车的发动机热效率都没有可能达到50%，这也说明：就算你的车加满一箱油，其实真正被“消耗”到车轮上的动力还不足一半，其中很大部分都被各类能量损耗给用去了。
 

那么除去转化成动能应用在车轮上的燃料外，剩下的汽油都去哪了呢？这其中大部分燃料会被发动机的冷却系带走，叫做冷却损失，一部分以排气方式排到大气中去，叫做排气损失，这两块比重最大，约占总能量的左右，但这又是无法避免的能量消耗，所以为了发动机可以“少吃粮，多奔跑”，只能从剩余的那60%入手。
 

“想要马儿跑，又要少吃草”是亘古不变的难题，在汽车领域也是如此，而且汽车不仅要考虑能耗问题，还要顾及日趋严苛的排放法规。以汽车大国美国为例，到2025年，每家汽车制造商所销售汽车的平均燃油经济性(CAFE)必须达到54.5mpg(相当于4.31L/100km)，相较此前标准基本是“翻倍”的。为此，各大车企也是伤透脑筋，努力研发新技术以应对新的法规。而在我国，随着“国六”排放标准的出台，可以说将来也会是全球最严格的排放标准之一。

应对难题，研发技术

为了应对这一困难，众多厂家开始绞尽脑汁，努力研发新技术，而发动机热效率的高低则是直接影响油耗和排放数据的重要一环。就以使用一台33%热效率发动机的汽车来说（目前大部分汽车发动机的热效率在28%~33%之间），改用40%热效率发动机后，整车的燃油经济性可以提升15%~20%。

以一辆百公里平均油耗7升，一年行驶15000公里的车来计算，使用热效率40%的发动机，一年至少能省下200升汽油，大约可节省1300元油费以上，而节省的这200升汽油不仅可以省下不少燃油方面的开支， 还可以为地球环保做出贡献。
 

但是要知道，提高热效率可绝对不是一件容易的事，以目前惯用做法来看，想要提升汽油发动机的热效率主要从四个方面着手，一是提高压缩比，二是采用直喷技术，三是提高废气再循环率（EGR），四是使用阿特金森循环。
 

而说到这，就不得不提马自达的创驰蓝天技术。记得在创驰蓝天技术刚刚推出的时候，其厂家就宣称这套技术拥有高压缩比的特点，拥有更好的燃油经济性和动力响应。但是要知道，在老款创驰蓝天技术上，它们的做法是采用了阿特金森循环，在原有的奥托循环上推迟了进气门关闭的时间，使膨胀比高于压缩比，在同样的压缩行程下，膨胀行程的增加可以获得更多的有效功。

而在最新的创驰蓝天技术中，马自达在汽油发动机中模仿利用了柴油发动机特有的压燃点火方式，在原来基础上再次提升了压缩比，获得了更好的发动机热效率。但即便把压缩比压榨到惊人的14:1，其热效率也仅刚刚超过30%，这就足以说明提高热效率是多么困难。

丰田如何打造40%热效率“神机”？

关于技术理论层面，如何提高热效率已经被研究得很透彻了，但难就难在怎么应用到量产发动机上。有些时候为了提升0.05%的热效率，也需要做数月甚至半年的实验来寻求最优解决方案，以保证它对其他性能没有影响，再加上丰田对产品可靠性的执着，就更加难上加难。

那么丰田的工程师到底通过什么方法将这台发动机的热效率提升到40%呢？丰田的工程师把进气道附近缸盖造型改为略上翘以及优化气门夹角。目的其实很简单，就是帮助进气气流更好地在燃烧室内形成滚流，便于燃油以及空气的混合，这也是提升燃烧效率的关键之一。

而在配气机构方面，这台升自然吸气发动机使用了进、排气门双可变正时技术，并且在进气端使用了VVT-ie，也就是电控可变气门正时技术，电控系统反应速度更快、控制精度也更高。
 

除了发动机部分，丰田的工程师还为这台发动机匹配了全新的8速自动变速箱，官方公布的数据显示，与旧款凯美瑞使用的爱信6挡自动变速箱相比，全新变速箱损耗降低约50%。
 

就在欧美车企近年拼命推广发动机增压技术及纯电动汽车时，丰田则另辟奇径，将不可能变成可能，成功地将传统发动机的热效率有效提升，以及继续改进本已全球领先的混合动力技术，用行动来告诉大家，现阶段究竟是什么样的发动机技术才是最可靠实用。

正因为有着对目标如此坚定的信念和不懈努力，我们才能看到丰田推出站在世界巅峰的40%热效率新发动机，而也有理由相信，丰田的40%“热效率奇迹”只是个开始，随着丰田TNGA架构改革的开始，未来还会有更多的惊喜等待着我们去发现。
 

部分内容来源：中国汽车材料网

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