“中国效率”向上走，38.3% 到底够不够？

出品 | 虎嗅汽车组

作者 | 胡洋

题图 | WardsAuto

之前的《汽油车努力起来，真没电动爹什么事儿》中，我们讲过马自达如何用稀薄压燃“黑科技”，将汽油机热效率做到 43%。秉着胳膊肘不能光往外拐的原则，在这条老牌列强也犯难的路上，一向被视为民族工业短板的中国发动机，其实也是有长进的。

中国力量参与到世界发动机热效率竞赛，之前已经有一汽（1.5T，39.06%）和长安“蓝鲸”（1.4T，40%）两例，现在又多了第三个竞争者。长城刚刚推出的全新 2.0T 发动机 4N20，最高热效率做到了 38.3%，会在下半年进入量产。

38.3% 是个什么概念呢？眼下量产发动机的热效率巅峰，是马自达 Skyactiv-X（43%）和丰田 Dynamic Force（A25A）的 41%。但这些都是自然吸气发动机（Skyactiv-X 有一个小型增压器但实际作用并非增压）。如果把范围局限到“带 T” 的涡轮增压引擎，最具代表性的是大众集团新一代 EA211 Evo 1.5TSI 发动机的 37.5%，日产可变压缩比 VC-Turbo 2.0T 的 39%。

（当然，这些是仅从最高热效率这个单一角度来看。）

长城可能是自主品牌中，对于汽油发动机最有野心的一家。如果你还有印象，早在 2014 年长城就开始造 3.0T 六缸机了，只不过当时因不满足排放法规而仅用于出口（最近消息是新的 3.0T 要装在 WEY 上卖国内）。但毕竟内燃机不是我国工业强项，长城初期自研发动机的油耗口碑并不占优，所以现在主攻热效率方向也是自然的。

4N20 首先是一台主流定位的 2.0T 四缸发动机，需要动力输出与能耗排放并重。现在它拥有高低两个功率版本：低功版 204 马力/320 牛·米，高功版 245 马力/385 牛·米，峰值扭矩分别可在 1500rpm 和 1750rpm 转速下实现，总之都符合当前主流 2.0T 发动机的性能表现。

所以重点就剩下如何在不牺牲动力的前提下，去实现一个比较高的热效率。

高压缩比

看过过往文章的话，你应该知道高压缩比是提高效率的重要途径；但涡轮增压发动机由于进气经压缩后温度较高，会比自然吸气发动机面临更大的爆震风险，于是涡轮发动机得压缩比普遍较小。也是因为爆震现象，压缩比不能无限制提升。即便是自然吸气发动机，Skyactiv-X 的 14:1、丰田 A25A 的 13:1 都让人惊叹，而涡轮机通常在 10:1 左右，甚至有些高性能取向的发动机压缩比只有 8~9。

长城 4N20 的压缩比达到了 12:1。当然大众的 EA211 Evo 也拥有 12.5:1 的压缩比，但仅限升功率 64kW/L 的低功版本，73kW/L 的高功版压缩比又回到了 10.5:1，其 37.5% 的热效率也是低功率版的数据。4N20 的高低功率版升功率分别是 75kW/L 和 90kW/L，而物理压缩比都做到了 12:1。

未妥协的升功率加上大压缩比，抑制爆震就成了一个重要问题。4N20 的解决路径是更低的进气温度+多次喷油。先是中冷器，使用更常见于高性能取向发动机的水冷式中冷器，冷却效率和温控精度要优于常规的风冷水冷器。再是电子水泵与电子节温器，精确控制中冷器冷却效果和进气温度。

（缸顶中置喷油嘴+火花塞）

然后是改为顶置的 350bar 高压喷油嘴。位置从以往的缸壁移动到顶部中心，燃油被直接喷射到活塞表面，配合活塞凹陷形状获得更好的油气混合效果；同时喷油嘴与火花塞位置更近，也利于混合气快速点燃。350bar 喷油嘴是目前新一代发动机的流行技术，高压使得燃油雾化效果更好微粒更小，既有助于快速燃烧也减少了颗粒物排放；在爆震概率较高的工况下，高压喷油可以实现快速多次喷射，延后喷入的部分燃油来不及爆震便进入燃烧，也就减少了爆震可能。

米勒循环

另一个被验证的高效“密码”，是阿特金森/米勒循环。常规的四冲程发动机工作模式叫奥拓循环，四个冲程“规规矩矩”，压缩冲程的压缩比与膨胀冲程的膨胀比是一致的。而米勒循环利用了可变气门正时技术（VVT），让进气门更晚一点关闭：活塞已经从最低点上行了一小段距离，进气门才关闭。于是实际压缩比也就小于物理压缩比，但膨胀冲程没有变化，以此实现压缩比小于膨胀比的米勒循环，做功的效率更高。

米勒循环虽然能效更高，但代价是动力输出较低。所以 ECU 会控制在低负荷时才进入米勒循环，中高负荷时则回到常规的奥拓循环工作。即米勒循环的主要作用，是降低发动机低负荷运转时的耗油量。根据长城给出的数据，在 2000 转/分低负荷时，4N20 发动机借助米勒循环降低了 15% 油耗（仅指该工况下的油耗减少，非综合油耗降幅）。

作为一款全新研发、明显要应对未来一段时间的汽油机，4N20 将目前市面上能用到的多数先进技术打包：缸体由以往的铸铁改为铝合金，凸轮轴设计为中空结构，将整机重量减少 10%（对比上代）；流行的缸盖集成排气歧管上身，减重同时减少冬季暖机时间（代价是不利于高负荷下散热）；进排气端都配备了可变气门正时（VVT），高功版还拥有两级可变气门升程（VVL，原理类似本田 VTEC）；涡轮采用双流道壳体（双涡管），减少排气干涉以减小涡轮迟滞，长城的数据是全油门响应时间减少了 9%。

（双流道涡轮壳体）

继续追赶

38.3% 是 4N20 的最高热效率，但发动机高效技术发展到今天，只看最高热效率，已经越来越不足以反映一款发动机的综合能效表现。因为以前大家热效率都拿不出手，摆出一个 38% 足以说明问题；但现在大家都做到了 38%、39%、40%，于是我们还需要看更多。

最直观的是发动机 BSFC 油耗消耗率图，或者叫万有特性图。

（上：新机 4N20，下：上代 4C20）

对比 4N20 与长城上代发动机 4C20 的万有特性图，可以发现新发动机不仅最小油耗率更小（220g/kWh，上图红点处，图不清楚），并且 ＜250g/kWh 对应的较高效率区域更大了（黑色虚线与红色虚线区域），在中负荷工况可以一直覆盖到 5500 转/分。这里的 220g/kWh、250g/kWh，分别对应着热效率大约 38% 和 34%。最高热效率说明的是一款发动机的效率极限值，而在日常驾驶中不可能始终只在最高效率点运转，所以更宽广的相对高效区间，对于真正有效降低日常综合油耗更有帮助。

而在对比大众 EA211 Evo 时，虽然长城在最高热效率方面以 38.3% 胜过大众的 37.5%，但假如看 BSFC 图，大众 EA211 Evo 的 ＜240g/kWh 区域（对应热效率＞35%，下图红色斜线范围）还是要比长城 4N20 更宽阔一些的。EA211 Evo 在中高转速、高负荷工况下，也是以比较高的热效率在工作，这意味着它可以在更激进的驾驶中保持相对低的能耗。

（大众 EA211 Evo）

（长城 4N20）

需要注意的是，由于各厂商各自计算时参考的汽油热值有时会不同，由 BSFC 值算出的热效率数字会有微小出入。比如长城最小 BSFC 为 220g/kWh，对应着热效率 38.3%，而大众给出的 222g/kWh 却对应着热效率 37.5%。所以对于最终计算出的热效率数字，差个 1%、2% 并不是什么要紧事，没必要在很小的数字差上面非要比个胜负。

眼下热效率能做到接近 40% 的，可以说个个都不是等闲之辈，不用盯着那一两个百分点不放。

即便高效区间不比大众这样顶尖巨头推出的拳头产品宽广，长城 4N20 能做到最高热效率高于对手，并且动力输出强于对手，也已经是国产汽油发动机的自豪之作。更不要说，这一切是建立在我国汽车基础工业更薄弱、发动机技术长期短板的基础上，还能够符合严苛的国六 B+RDE（道路实际测试）排放标准。

以 SUV 起家的长城集团不比其他自主车企，哈弗和 WEY 旗下都有重视越野性能的 SUV 产品，汽油发动机对长城的重要性，要大于其他纷纷转向纯电的自主车企。所以对于长城而言，汽油机产品线的延续时间或许会更长一些，这决定了长城继续在汽油机技术上投入资源。

（4N20 预留有 48V 电机空间）

在我问及 4N20 系列的下一步发展时，长城动力研究院总工程师高定伟表示，4N20 并没有后续推出小排量版本的计划，原本规划过三缸版本但最终砍掉了该项目，4N20 不仅有横置版本还可用于纵置引擎车型。另外，4N20 在启动电机位置预留了空间，可以适配 48V BSG 电机，即现在的 4N20 已经是一台 “48V ready” 的发动机。

这意味着 4N20 这台长城全新研发的发动机，会成为 WEY、哈弗高端车型的动力配置（尤其是纵置平台的硬派越野 SUV），而不会出现在一些较低定位的城市 SUV 上。再配合未来的 48V 轻混系统，以及长城的混合动力系统，这台全新的 2.0T 会在未来一段时间，成为长城集团的高端车型动力支柱。