刘科院士曾说一公斤汽油能量是最好电池的几十倍，电动车输了吗？|内燃机|刘科院士|发动机|汽油机|汽油能量|燃料|燃烧|电动车

刘科是澳大利亚技术科学与工程院外籍院士，曾带领UTC、尼桑、壳牌三大公司的工程师团队做燃料电池汽车。

他当年说，一公斤汽油的能量是现在最好电池的几十倍，纯电车成天拖着几百公斤电池满街跑。这个数字基本站得住。

一公斤汽油完全燃烧，约放出12度多电的能量。宁德时代今年4月发布的麒麟凝聚态电池，电芯能量密度350Wh/kg，一公斤只有0.35度，两者差了三十多倍。

但能装多少能量，和最后有多少用在车轮上，是两回事。

美国能源部的数据显示，电动车能把电网输入电能的77%以上转化为车轮上的动力，传统汽油车只能用上汽油中约12%到30%的能量。

拖拉机上的柴油机热效率是30%到50%，电动车上的电机效率是85%到97%。那么油车上的汽油发动机热效率是多少？九年级课本上的答案是20%到30%，只比100年前蒸汽火车上的蒸汽机高一点点。这意味着加300块钱的油，有200块都浪费了。汽油发动机的热效率为什么这么低？车企不缺钱，也不缺聪明人，为什么不能把它再提高一点？

发动机的热效率可以理解成对汽油能量的利用率。在发动机里，汽油通过喷油器进入气缸，和空气混合，然后被活塞压缩、被火花塞点燃，瞬间产生高温高压的气浪，推动活塞运动，再通过连杆带动曲轴旋转，从而产生动力。

所以发动机的原理就是字面意义上的烧汽油，让气体膨胀，然后对外做功，非常朴素。既然是烧汽油，就会产生热量。其中一部分热量通过气缸壁被冷却液带走，另一部分热量随着燃烧后的废气直接排出。这两部分加起来，大约三分之二的油钱就白白损失了。

不过这个水平已经不算低了。160年前，最早的内燃机热效率只有3%。最早采用现代四冲程结构的内燃机，热效率也只有10%。在整个20世纪汽车大发展的年代，汽油机的热效率一直停留在20%多。

直到1991年前后，电喷技术让汽油燃烧得更完全，才费了很大力气把热效率提高到30%的档次。近20年来，在一些车企的激烈竞争下，汽油机的热效率已经超出课本上的数字，达到40%的水平。而新能源车上的一些混动专用发动机，因为长期工作在高效区间，热效率能达到43%到45%。

把效率算进去再比：一公斤汽油按25%算，送到车轮上约3度电；一公斤顶级电芯按八成算约0.28度，差距缩到十倍左右。但开车比的是跑一百公里花掉多少能量。家用油车百公里烧7升油，折合六十多度电的能量，同级电车一般只要十几度。

按现在的油价，7升92号汽油要60元左右，十几度电在家充也就七八块钱。油车要缩小差距，只能继续提高热效率。

一般认为，在现有结构下，内燃机的理论效率极限是60%左右。但受到目前的材料水平、排放控制和零部件技术，以及成本和经济性的限制，45%就已经接近现实中的极限了。除非打破既定的技术路线，否则哪怕再提高1%也非常困难。

这就像人类百米跑的理论极限是9秒29，但现实中能跑进9秒58的只有博尔特一个人，每提升0.01秒都是新的纪录。45%的热效率，是所有量产汽油发动机都想突破的极限。

很多车企都说自己的热效率数据很高，这没错，但不能只看这一个数字。比如同样是内燃机，柴油机的热效率就比汽油机高。还有一些热效率数据其实是用氢内燃机、甲醇发动机测出来的，拿它们和汽油发动机比，根本不在一个评价体系里。所以真正有参考价值的，是普通家用车上汽油发动机的热效率数据。

此前，奇瑞龙山实验中心里一台代号“鲲鹏天擎”的发动机点火成功，热效率达到48%。既然每提升1%都是巨大的挑战，它为什么能一下子从45%跳到48%？这要从发动机内部说起。

汽油机里有7个因素和热效率有关，对应着许多正在探索的技术路线。很多路线奇瑞也试过，但都只能在实验室里实现，离量产上车的要求还差一点。在多条技术路线几乎都走不通的情况下，工程师决定挑战一条更冷门的路线：高膨胀比。结果发现确实可行。

膨胀比就是汽油混合气在燃烧膨胀前后的体积比值。比值越高，做功效率越高。提升膨胀比的办法也简单，只要提高气缸的压缩比就行，也就是把活塞在最顶端和最底端时气缸的两个容积之比做大。在传统发动机里，压缩比就等于气体的膨胀比。但问题是，直接提高压缩比会引发汽油爆震，俗称“敲缸”，很伤发动机。

解决爆震也有办法，就是提高燃料的辛烷值，也就是“某某号汽油”里的那个数字。95号油就比92号油更不容易发生爆震。所以只要用辛烷值更高的汽油、乙醇汽油甚至甲醇，就能让发动机采用更大的压缩比来提升热效率，这也确实是一些产品的思路。

但买车时会特意选择烧乙醇汽油或甲醇的车的人并不多，大部分车加的是普通汽油。所以奇瑞找了另一种更实用的办法来提高膨胀比：双区三联动机构。

传统汽油机通过“一上一下、一上一下”的四冲程循环驱动活塞，活塞每次都移动固定的距离。而鲲鹏天擎的双区三联动机构改变了这种传统设计，用“一上一小下、一上一大下”的循环来带动活塞。

它把“大下”的长行程分配给燃烧和膨胀过程，让活塞移动更长的距离，燃气有更充分的时间膨胀做功，热效率更高；把“小下”的短行程分配给进气过程，快速换气，减少泵气损失。通过一长一短的非对称行程，它既避免了压缩比过高引发爆震，又让混合气点燃后有更大的膨胀空间，从而提高了热效率。

打个不太精确的比方：传统发动机像一支焦距固定的标准镜头，虽然通用，但拍广角或长焦场景时都不是最优；双区三联动则像一支机械结构更复杂的变焦镜头，可以按需要切换焦段，在每个场景下都获得更好的表现。它的本质是打破对称性，为不同冲程的任务定制最合适的活塞运动轨迹。

为了把这套理论变成现实，奇瑞工程师从零开始，围绕双区三联动机构重新设计了发动机结构，经过无数次失败和尝试、反复研发迭代，才最终让技术落地。

鲲鹏天擎还配合采用了高效增压器、绝热涂层和高能点火技术，做了细致的运动学摩擦控制和NVH调校，实现了35%的废气再循环率，最终达到26:1的超高膨胀比和超过48%的热效率。

汽油机热效率每提升1%，背后都有无数类似的技术尝试，要付出高昂的研发成本。如果按48%的热效率估算，奇瑞未来的混动车型百公里油耗可以低到1升多，让混动进入“1升时代”，实现油和电一样省钱。每加300块钱的油，就有144块钱用来做功，比传统油车多出44块，相当于省下三杯奶茶的钱。

电池的短板同样存在。刘科说过，卡车电池很重，一爬坡耗电量就是平时的5-8倍，所以电动卡车、电动飞机、电动船都要谨慎。他还常提起，一百多年前纽约、伦敦街头跑过不少电动车，后来被福特的燃油车挤了下去，当时用的铅酸电池一公斤只能存几十瓦时电。如今，东风奕派eπ007已经搭载350Wh/kg的半固态电池，CLTC续航超过1000公里。

市场的变化也很明显。乘联分会数据显示，9月全国新能源乘用车零售渗透率达到67.0%，创历史新高；同期纯燃油车零售同比下降49%，普通混合动力车却同比增长25%。