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牛车网 精华 田“死”在沙滩上 本田最新发动机热效率超47%

田“死”在沙滩上 本田最新发动机热效率超47%

老司机滴滴吧吧呜 发表于 牛车网 2019.07.08 10:39

发动机其实是一个玩“热”的机器,谁的“热”玩得更好,谁就能有更低的油耗和更强的动力。

所以越来越多的车企,开始研究如何进一步提升旗下发动机的热效率。在我看来,目前市面上主流高热效率的技术方案大概有两种,一种是在传?#36710;?#22885;托循环下,充分利用每一分“热?#20445;?#21478;一种则是从奥托循环转向阿特金森循环的怀抱。

受制于当前的物理材料以及燃烧模型理论,大部分先进奥托循环的发动机热效率被限定在了38%以下,这已经非常接近奥托循环理论的极限了。在这一限制下,如何利用好每一分“热?#20445;?#26159;很多厂商的重要命题。

譬如通用,在第八代Ecotec发动机上使用350Mpa高压直喷、ATM主动热管理等技术,提升燃烧效率,减少暖机时间,以求利用汽油产生的每一分热能。第八代Ecotec发动机能够一步到位,满足史上最严苛的国六b排放标准,和对“热”的精准把控息息相关。

 相比于奥托循环,阿特金森循环热效率的极限要更高。丰田就是采用阿特金森循环发动机的代表者,41%热效率的混动系统(发动机热效率40%)如今算得上人尽皆知。

但是阿特金森循环发动机有着低速动力差、升功率不高的缺点。如今也有车企结合阿特金森循环和奥托循环,设计出双循环发动机,但从实际的表现上来看,这类发动机在热效率上并没有让人眼前一亮的提升。

 那么汽油发动机是否已经发展到了尽头呢?非也,本田和马自达这两家“技术控”展现的全新汽油发动机技术,通过控制超稀薄混合气的燃烧,让我们看到了汽油发动机进一步突破的可能,也让丰田世界第一的41%热效率显得有些?#22885;?#20237;?#34180;?/p>

 先来讲讲超稀薄混合气燃烧

传?#36710;?#21457;动机ECU会根据不同的工况对于发动机的空燃比进行调整,大部分情况下,发动机的空燃比会在13-15之间徘徊,这也比较接近理论空燃比(14.7)。

 相比于传统发动机接近理论空燃比的混合气,超稀薄混合气的空燃比可能会超过30,在这种情况下,发动机的缸内点火温度和燃烧温度会降低,减少发动机的热损失,自然提高了热效率。

 各大厂商为了进一步深挖汽油机的极限,早就将目光投向了超稀薄燃烧领域。但当发动机采用超稀薄燃烧的时候,混合气体将会难以点燃并且难以稳定地燃烧,这对于汽车而言十分不利。

并且,采用超稀薄燃烧方式时,空燃比的变化范围很大,而发动机喷油定时和点火提前角都和空燃比有关,因此,喷油定时和点火提前角的控制都要随着空燃比的变化而改变。

 正是这些缺点,让宝马、戴姆勒等国际巨头在超稀薄燃烧领域折戟。控制混合气空燃比成为横在他们面前的一座大山。资料显示,宝马戴姆勒的超稀薄燃烧只能将发动机空燃比控制在17左右。本田和马自达则克服了超稀薄燃烧的缺点,让这种技术实现了商用化。

  黑科技让本田热效率达到47%

对于汽油发动机而言,热效率每提升1%,都能看作是“划时代”的创举,相比于丰田世界第一的41%热效率,本田将汽油发动机热效率一举提升到了47%,这已经是跨越了几个时代的创举。

 能够实现这么高的热效率,得益于F1技术的民用化。本田计划采用F1赛车中广泛采用的预燃室(副燃烧室)技术来实现超稀薄混合气燃烧,将发动机的热效率提升到47.2%,并?#20197;ぜ平?#22312;2020年实现商用。

 

那么这个预燃室是什么东西呢?#30475;?#30475;之下,它的结构并不算很复杂。预燃室可以看作是一个把火花塞包裹住,并且有很多小孔的金属盖,并?#20197;?#29123;室内还会专门增加一个喷油嘴,确保预燃室内的混合气可以被点燃。

在工作状态下,预燃室内的混合气先被点燃,火焰?#26377;?#23380;中射入气缸,使得气缸内的超稀薄混合气快速燃烧。

 采用预燃室技术,本田能够实现空燃比接近40的超稀薄混合气稳定燃烧。相?#29616;?#19979;,马自达的Skyactiv-X和本田的技术有一定相近的地方,两者都是采用增大空燃比实现稀薄燃烧。

 

但不同于本田将F1技术下?#29275;?#39532;自达更像将部分柴油机的技术应用于汽油机。柴油机使用的是压燃的燃烧方式,在高温高压的空气中,柴油会产生自燃。这种特性可以让气缸内进入相对更多的空气,更好地利用每一滴燃料。

 目前主流柴油机相比于汽油机有着更高的热效率,这也就意味着柴油机比汽油机有着更好的燃料经济性。而马自达正是将柴油发动机的压燃魔改到了汽油机上。

 上文也说到了,超稀薄混合气,很难被火花塞直接点燃。马自达另辟蹊径,通过火花塞发射出的电火花,给气缸内的超稀薄混合气加温?#21451;梗?#31361;破超稀薄混合气压燃所需要的临界点,把整个气缸内的?#25512;?#28151;合物给点燃。

 

马自达把这种技术叫做SPCCI(火花塞控制的压燃)。这种技术方案还有一种好处就是可以比较顺畅地实现压燃和点燃的切换。在部分工况下,发动机可以使用普通混合气,此时的火花塞就直接起到了点燃的作用。

 本田的预燃室技术已经通过了F1赛车的验证,逻辑也更加简单一些。相?#29616;?#19979;,马自达的Skyactiv-X则黑科技的成色更足一些,但控制上会更加复杂。

(转自新车新技术)

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