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50年前的本田思域:抢救今天的国六B?

你走在街上,恰恰遇到一位美女矮血糖晕倒,偏偏你手里恰恰拿着一大杯饮用水,又恰恰左裤兜放着一幼袋白砂糖,更添恰恰的是右裤兜有一幼罐早晨刚溶好的浓糖浆,但由于某栽奥秘力量现在你只能掏旁边裤兜中的一个,那么请示:如何用最快的速度配出一杯糖水?

之前在讲马自达稀薄压燃发动机技术(参见《汽油车用功首来,真没电动爹什么事儿》)末了,挑到了丰田和本田望好副燃烧室(或称预燃烧室,Pre Chamber)技术,一栽浅易且矮成本的高炎效率方案。

现在,第一台配备预燃烧室的量产民用车发动机展现了,只不过离吾们清淡人还稍有一点点远——来自玛莎拉蒂的最新超跑发动机 Nettuno。

别急着走,固然第一个吃螃蟹的是玛莎,其实这是离广泛化比来的一栽高效内燃机技术。

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微妙的一个帽

所谓预燃烧室,望上去其实很浅易:在传统发动机火花塞的外观,套上一层带孔金属帽,这个金属帽内的褊狭空间,就是所谓预燃烧室或副燃烧室。

恰恰,玛莎拉蒂 Nettuno 这款发动机配有双火花塞,其一是传统配置方式在缸内点火行使,其二则是用于预燃烧室点火,刚好能够用来对比展现预燃烧室组织。下图中,左侧(气缸中央)火花塞用于预燃烧室,下方形成了一个专门褊狭的空间,与主燃烧室之间有数个幼孔连通;右侧(缸壁)火花塞平常安放,用于在无需行使预燃烧室的工况下直接在缸内(主燃烧室)点火。

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(玛莎拉蒂 Nettuno 单个气缸组织剖面)

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(预燃烧室;右边斜着的是同化气气门)

预燃烧室的中央原理,其实就如同本文起头的例子。

在传统的气缸火花塞安放下,气缸顶部中央的火花塞点火形成电弧,电弧点燃空气燃料同化气形成火焰,火焰经过一段时间的传播,才会从火花塞位置扩散满整个气缸(燃烧室)。由于活塞首终是处于上下走去复活动中,因此燃烧过程的时间越短,燃烧所做的功对于下方活塞“向下推”的贡献越大,对于燃料的行使率也就越高。高效高动力就是这么来的。

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(传统火花塞对比预燃烧室)

要让燃烧过程更快、时间更短,预燃烧室的基本思路是:片面燃料空气同化气先在预燃烧室内,由火花塞电弧点出一股火焰,预燃烧室内的火焰经金属帽上幼孔,形成众股高能火焰进入主燃烧室。主燃烧室内的燃料同化气,是直接由幼孔冒出的众股已成形火焰点燃,于是燃烧快捷扩散。

就好比糖浆溶于水要快于糖块溶于水,预燃烧室幼孔涌出的火焰能量远高于火花塞电弧。传统的火花塞点火是以电弧形成初首火焰、再靠这单点扩散到整个燃烧室,而预燃烧室从众个幼孔冒出的众股火焰要快得众。

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下图是一家德国预燃烧室供答商 IAV 公布的对比图,预燃烧室的能量峰值更高、开释时间更短、能量开释过程更为荟萃。

相通的图形,你在马自达 Skyactiv-X 稀薄压燃技术解读中也会望到。

马自达的策略是效仿柴油机,靠极高压缩能量而非火花塞点火,高温高压下燃烧室内众点自愿性点燃,寻找的是同样的凶果,异弯同工。

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(IAV 的对比图,横向时间,纵向能量开释)

还没完。更快的燃烧速度不止意味着更高效率,还会带来更众的能够。

最先是对于爆震的按捺作用,带有预燃烧室的发动机能够进一步挑高压缩比,从而增补扭矩输出或者挑高炎效率。

以前讲 Skyactiv-X 时讲过,爆震就是燃烧室内不受限制的不测燃烧,原本是由里到外逐步点燃,还没到你你就挑前燃了,就雷联相符队人在拔河你骤然逆倾向推一把,会对发动机造成主要毁伤。

吾们清新压缩比越大,扭矩和炎效率都会更好,但更高的压缩比会增补爆震风险,这是升迁压缩比的最大窒碍。

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(右:爆震即不依规律的不测点燃)

预燃烧室使得燃烧过程变得更添快捷,处于主燃烧室边缘远隔火焰的片面,处于高温高压但未点燃状态下的时间更短,发生爆震的几率就降了下来。有了更高的压缩比为基础,厂商手头用于分配发动机各项外现的“筹码”更众了。

玛莎拉蒂这台新引擎,固然被官方称为众年来第一台 100% 自研发动机,但实际上基础组织照样是法拉利 F154 六缸版本,即阿尔法·罗密欧 Giulia 四叶草版上那台。但玛莎拉蒂 Nettuno 的基础压缩比高达 11:1,而法拉利 F154 各个版本的压缩比不过 9.3~9.6,很大程度上是预燃烧室的功劳。

11:1 的高压缩比带来了 730N·m 的峰值扭矩,比阿尔法·罗密欧上那台同宗的 V6 高了足足 100N·m。而对于涡轮添压引擎,更高压缩比带来更高的当然扭矩,达到同样动力程度所需的涡轮添压值更幼,响答的涡轮迟滞就更幼,这对于寻找性能体验的超级跑车专门主要。

益处才能真香

倘若你对动力数字还不感冒,更主要的是预燃烧室是一栽性价比极高的稀薄燃烧方案。所谓稀薄燃烧,关于我们在介绍马自达 Skyactiv-X 时已有介绍,浅易讲就是空气/燃料比大于 14.7:1。这个比值是空气与汽油燃烧化学当量计算下来的理想配比,但以去由于如许那样的因为无法实现,必须是燃油过量,当然炎效率上不去。要想让 1 份燃油能与 14.7 份甚至更众的空气发生燃烧,必要对发动机进走稀奇的设计处理。马自达 Skyactiv-X 之因此让人惊叹,一是实现了汽油压燃,二是实现了稀薄燃烧。

预燃烧室实现稀燃,照样受好于众股高能火焰射流取代了火花塞电弧,主燃烧室内燃油空气同化气“更容易”被点燃。以去火花塞点火,倘若燃烧室内的空燃比过大,即空气占比过众、燃油占比过幼,燃烧便无法扩散开来,导致发动机无法不息做事。而在行使了预燃烧室后,主燃烧室内能够在空气过量超 2 倍(空气过量系数 ≥2)的情况下被平常引燃,相等于弯线救国实现稀燃。

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(IAV)

比首马自达稀薄压燃技术,预燃烧室对于发动机团体结议和原理异国大的转折,不像 Skyactiv-X 那样几乎推翻重来。更主要的是,预燃烧室的硬件成本极矮。供答商 IAV 给出的报价,常见的直列四缸发动机只需增补 20~30 欧元,这比马自达历时数年研讨 Skyactiv-X 划算太众。因此,预燃烧室技术被通俗望好行为下一步广泛型的高炎效率稀燃方案。

本田先走一步

然而这统统和本田又有什么有关呢?

最先必须表明,预燃烧室自己并不是一项新技术,之前它已经在静止大型内燃机上行使了几十年,用于快速点燃这些重大无比的重大燃烧室。

只是用于乘用车,预燃烧室照样稀奇事,必要车厂解决许众车载独有的题目。而在汽车周围,上世纪 70 年代曾展现过一栽高度相通的发动机技术:本田 CVCC。

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(CVCC:气缸左上角即副燃烧室)

1970 年美国议决了《马斯基法案》,定出了一个几乎不能够的减排现在的,引发美国车企一片悲嚎和抗议。

然而当 1972 年法案正式奏效,那时刚刚最先造车没几年的本田,以它的第一代 Civic——对,就是今天谁人“三辆同时展现等于飙车”的本田思域——成为了那时唯一已足新法案的车型。

第一代思域和它的 CVCC 技术,是本田在美国市场乃至整个汽车走业站稳脚的基础。

望上去 CVCC 就和今天的预燃烧室技术很相通,本田也是在火花塞上套了一个金属隔板隔出一个副燃烧室,先让燃料空气同化气在副燃烧室内点燃形成火焰,再用火焰去点燃主燃烧室内的稀薄同化气,达到缩短喷油量大幅减排的凶果。CVCC 用一栽纯死板分割的原首方式,实现了几十年后奥迪 FSI 那样基于缸内直喷的分层燃烧凶果。

后者靠的是 CFD 计算机流体力学辅助设计添上高度准确的电子喷油,前者堪称是化油器时代的 FSI。

CVCC 诞生在电喷尚未行使的时代,更不要说今天的缸内直喷,发动机燃油是由化油器雾化后喷入进气歧管再进入气缸(燃烧室)。

这意味着对于燃油的行使效率和精度限制都很矮下,不采用 CVCC 如许的专门手法,要已足苛刻的《马斯基法案》实在太难。

因此后来当本田的电喷技术 PGM-FI 诞生,汽油机进入电喷时代,CVCC 便逐步退出了历史舞台。

50年前的本田思域:抢救今天的国六B

今天的预燃烧室技术,同样是节能减排与性能升迁双重压榨下的终局。在被玛莎拉蒂用于超跑发动机之前,它已经在 F1 优等方程式赛车上行使众年。法拉利的预燃烧室来自供答商德国 Mahle,本田曾声称其 F1 动力编制借此炎效率超过 45%。几家 F1 引擎制造商,法拉利、本田、奔驰,都有计划将预燃烧室技术下放到民用车。

法拉利今年公布的一项专利,吐露了这家顶级超跑厂商正计划在民用 V12 引擎上,搭载与 F1 相通的主动版预燃烧室。大排量 V12 引擎对于法拉利来讲意义不凡,预燃烧室上身,隐晦是为了尽能够在已足排放法规的前挑下,保留住 V12 引擎的末了血脉。

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(法拉利带预燃烧室的 V12 专利图)

与以前 CVCC 分别的是,今天的预燃烧室技术,是在高度准确化的计算与设计下,在内燃机理论更成熟的环境下问世的。主燃烧室的稀薄环境受到准确限制,成本更高的主动预燃烧室方案能够实现超稀薄燃烧,并在高负荷时主动调整空燃比,以避免氮化物排放爆发;主副燃烧室间的开孔位置、尺寸、形状,都进过 CFD 计算优化得到;副燃烧室被用于限制爆震,协助挑高压缩比,以达成高输出或高炎效。

据德国 IAV 给出的数据,其主动版方案能够实现 7~8% 的二氧化碳减排,更浅易廉价的被动版方案也能够缩短 2~3% 的二氧化碳排放。对比一下预燃烧室技术的投入和成本,和异日汽车排放逐年递添的边际压力,这个减排凶果称得上诱人。

因此,固然第一个吃螃蟹的是玛莎拉蒂,但预燃烧室其实是一项颇具亲民色彩的高效减排方案。由于定位因为,玛莎拉蒂这款新引擎并异国将预燃烧室的通盘功用放在减排,照样轻巧已足欧六 D、国六 B 如许厉苛的法规请求。本田、丰田、日产这些仍将内燃机视为异日动力体系一片面的厂商,早已投入到预燃烧室的量产化做事中。技术其实已经在手,真实投入市场,只是期待环境何时到达必需的程度罢了。

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