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相信不少朋友會在網(wǎng)上看到“發(fā)動機熱效率”這個詞，但未必能解釋清楚其中的含義，頂多知道這款發(fā)動機很厲害罷了。下面我們就來看看發(fā)動機熱效率到底是個什么概念：
發(fā)動機的工作原理是讓燃料在汽缸內(nèi)爆燃，在一瞬間內(nèi)形成大量的高溫、高壓氣體，以此來推動汽缸活塞運動，從而將蘊藏在燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成機械能，再通過曲柄機構(gòu)將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化成作用于變速箱的圓周運動。
發(fā)動機其實就是將熱能轉(zhuǎn)化成動能的東西。但柴油燃燒所得的能，有很多都是被浪費掉的。熱效率也就是1單位柴油所產(chǎn)生的動能，簡單的說就是熱效率越高，發(fā)動機越省油。
所以，降低油耗與發(fā)動機熱效率的高低密切相關(guān)。2009年美國能源部宣布，準備在2010-2015年投資2.7億美元用于研發(fā)比原有卡車油耗低50%、發(fā)動機熱效率提高50%、排放標(biāo)準高于歐VI的“超級卡車計劃”。在2016年，美國開始了第二期超級卡車項目，投資8000萬美元，在50%熱效率發(fā)動機基礎(chǔ)上，進一步將發(fā)動機熱效率提升至55%。康明斯作為美國超級卡車項目第一期和第二期的重要參與單位，發(fā)動機熱效率達到了55%！這又是怎么做到的呢？
實現(xiàn)55%熱效率的總線路圖
康明斯在超級卡車計劃第一期中實現(xiàn)的51%熱效率（BTE）發(fā)動機基礎(chǔ)上，繼續(xù)開展節(jié)能技術(shù)研究。為實現(xiàn)55%熱效率的目標(biāo)，預(yù)計將從燃燒系統(tǒng)方面優(yōu)化使BTE提升1.3%，從噴油系統(tǒng)方面優(yōu)化使BTE提升1.3%，從空氣系統(tǒng)（EGR和增壓器）方面優(yōu)化使BTE提升0.6%，從改善機械效率方面使BTE提升0.6%，從余熱回收系統(tǒng)優(yōu)化方面提升0.2%。采用這些優(yōu)化方法，使發(fā)動機熱效率在原機基礎(chǔ)上提高了4%，達到55%熱效率水平。
燃燒系統(tǒng)優(yōu)化
燃燒系統(tǒng)優(yōu)化是改善熱效率的重要方法，其在實現(xiàn)55%熱效率目標(biāo)中所占比重較大。在超級卡車第一期中，康明斯采用了鋼活塞，并對活塞進行了冷卻。為了實現(xiàn)55%熱效率的目標(biāo)，康明斯將進一步提高壓縮比，無活塞冷卻或少量冷卻，采用先進的隔熱涂層技術(shù)減小燃燒室的傳熱系數(shù)，提高冷卻液溫度，以降低傳熱損失。通過采用這些技術(shù)，預(yù)計使BTE提高1.3%。
燃油噴射系統(tǒng)優(yōu)化
在超級卡車第一期計劃中，康明期采用了傳統(tǒng)的高壓共軌和噴油器；而在第二期計劃中，康明斯將采用高流量噴油器，是傳統(tǒng)噴油器流量的3倍。提高噴油器流量有利于縮短燃燒持續(xù)期，預(yù)計通過提高噴油器流量使BTE提高1.3%。
空氣系統(tǒng)優(yōu)化
在超級卡車第一期計劃中，康明期采用了冷卻高壓EGR和VGT增壓系統(tǒng)；而在第二期計劃中，康明期采用了高低壓復(fù)合EGR系統(tǒng)和雙通道渦輪增壓系統(tǒng)，并對排氣歧管進行優(yōu)化設(shè)計，預(yù)計使BTE增加0.6%。
余熱回收系統(tǒng)優(yōu)化
在超級卡車第一期計劃中，康明期對高壓EGR、排氣、冷卻水和機油中的余熱進行了回收；而在第二期計劃中，康明期對高壓EGR、低壓EGR、排氣、冷卻水、機油和中冷器中的余熱進行了回收，并對透平膨脹機進行優(yōu)化設(shè)計，預(yù)計使BTE增加0.2%。
后處理系統(tǒng)
對于高熱效率發(fā)動機而言，其NOx排放通常較高，而且排氣溫度較低，對后處理系統(tǒng)提出了更高的要求。在超級卡車第一期計劃中，康明斯采用了DOC+DPF+SCR的傳統(tǒng)后處理技術(shù)；而在第二期計劃中，康明斯采用了DOC+SCRF Closed-Coupled +SCR的先進后處理技術(shù)，可進一步提高NOx轉(zhuǎn)化效率。SCRF是將選擇性催化還原SCR催化劑涂覆到壁流式微粒過濾器內(nèi)，能同時降低柴油機NOx和顆粒物排放的集成式后處理裝置。
機械系統(tǒng)優(yōu)化
在超級卡車第一期計劃中，康明斯主要采用低張力油環(huán)、可變流量機油泵、等離子體噴涂氣缸套技術(shù)；而在第二期計劃中，康明期采用了低張力的活塞環(huán)、類金剛石碳（DLC）涂層活塞環(huán)、新型等離子體噴涂氣缸套、可變流量泵以及降低氣門機構(gòu)損失等技術(shù)。類金剛石碳（DLC）涂層具有與金剛石涂層類似的優(yōu)異性能以及石墨的自潤滑性能，具有優(yōu)異的耐磨性能和摩擦性能，能有效地降低摩擦損失、控制結(jié)構(gòu)磨損。通過以上的機械效率提升技術(shù)，預(yù)計使BTE提高0.6%。
綜合以上來看，想把熱效率提高1%真不是一件簡單的事情。看到55%發(fā)動機熱效率這個數(shù)字，是不是忍不住要點個贊？
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