近年来厂商所生产的内燃机热效率基本上没有什么进步,基本上被当前的物理材料以及燃烧模型理论限定在38%,以及非常非常接近奥托循环理论的极限了,哪怕是丰田汽车采用阿特金森循环开发的发动机热效率也仅有41%,这个数值相比于外燃机热效率的55%而言始终是有点低。直至在年马自达最新发布了马自达第二代创驰蓝天SKYACTIV-X开创了称为HCCL的均质充量压燃技术,并采用了米勒循环将压缩比提高到了18:1,使得发动机的热效率有了相当大的突破。对此作为实际上能够排得上名号的发动机厂商,一直被车迷们戏称为买发动机送车的本田开始有点坐不住了。虽然本田在全新雅阁身上所采用的2.0L混合动力单元上能够使得发动机的燃烧热效率达到了40.6%,但是这样的热效率在当前市场上,有相当多的厂商都能够做到,而一向有着机械狂人形象的本田自然不满足于现况。为此本田计划采用F1赛车中广泛采用的预燃室(副燃烧室)技术来实现超稀燃,将发动机的热效率提升到47.2%,并且预计将在年实现商用。关于本田打算采用F1的预燃室技术来实现超稀薄燃烧提高当前发动机的热效率,那么使用预燃室技术的超稀薄燃烧被定位为实现该目标的重要技术。在年5月份中的汽车工程学会春季会议上,本田研发第三技术开发室的高级研究员新里智則先生表示:本田在本次试验中,相比功耗更加注重了热效率,据说达到了47%,但大规模量产时,为了实现与高比功率的兼容,热效率目标确定在45%左右。日本在汽车领域的各家发动机制造商一直致力于以提高汽油发动机热效率最大值的开发,丰田在通过采用阿特金森循环发动机配合上电机组将发动机的热效率提升到了41%,处于当前世界上的领先水平,而本田一直有着发动机厂商的名号,则希望通过采用F1所采用的过预燃室技术实现超稀薄燃烧技术,让本田发动机重新夺回发动机热效率的领先地位。为了能够提升发动机的热效率,就需要提高发动机气缸内的燃油燃烧效率,通过发动机缸内燃烧理论提升当前的发动机燃烧掌控。对比于传统的发动机,发动机的空燃比一般都是十分接近理论空燃比(14.7),发动机的ECU会随着发动机的当前工作状态,控制发动机当前混合气体的空燃比,发动机大多数时候对于空燃比的掌控基本上都是在13~15之间徘徊。相对于理论空燃比而言,超稀薄混合气体的超稀燃中,混合气体的空燃比将会超过30,超稀薄燃烧属于一个全新的燃烧理论,当空燃比可以超过30的时候,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,同时低温的情况下,能够有效抑制发动机产生氮氧化物(NOx),使得排放也可以降低。在超稀薄燃烧领域上,有相当多的汽车企业都有涉及,例如德国的宝马,戴姆勒等等都有所涉及,但是却无法将将混合气体的空燃比控制到理想状态,只能够控制在17左右,而且对于发动机的温度要求很高,这种燃烧效应只要时间一长,排放就会产生大量的氮氧化物(NOx)使得排放变得极度恶劣;另一方面就是当发动机采用超稀薄燃烧的时候,混合气体将会会难以点燃并且难以稳定地燃烧,这对于汽车而言是十分不利的。超稀薄燃烧虽然能够做到节能,却不能够兼顾环保和性能,因此超稀薄燃烧技术的开发一直被各大厂商所搁置。随着这种超稀薄燃烧技术开始被本田重新提出,并通过预燃室技术让发动机的混合气体能够实现稳定燃烧,这种技术是来源于F1赛车上,是将将火花塞的尖端放在一个小室(预燃室,副燃烧室)中并点燃。类似于在火花塞的尖端上覆盖了一个设有小孔的金属盖。当混合气体在预燃室中点燃时,火焰从多个小孔中弹出进入主燃烧室,使得超稀薄混合气体能够同时实现多个着火点向气缸内部蔓延,大大提升发动机内混合气体的燃烧速度,实现发动机超稀薄燃烧的性能和排放的兼顾。预燃室技术在赛车发动机上一直被广泛使用,本田为了能够将这样的技术转为民用化,在实验室中本田采用空燃比接近40的超稀薄混合气体实现稳定燃烧,燃烧效率相比起传统的火花塞点火技术,能够有着将近一倍的提升。当发动机在rpm的转速和缸内压力处于kPa的平均有效压力(IMEP)下,最大热效率达到47.2%,除了在燃烧效率的提升之外,在排放性能上的表现也非常理想,氮氧化物(NOx)的排放减少到30ppm。本田将自己的这套预燃烧室技术命名为i-CVCC,实际上是以上个世纪70年代中令人惊讶的CVCC(复杂涡流控制燃烧)作为基础而衍生出来的。整套预燃烧室技术是通过在辅助燃烧室中布置直接喷射器,被称为主动型的生成混合气体,能够确保燃烧辅助燃烧室中的稀混合气体的生成,同时能够有效控制混合气体的空燃比和成份。在本田开发超稀薄燃烧技术的过程中,也对被称为被动式的预燃室技术进行实验,这项技术相比起主动式预燃室技术区别在于在辅助燃烧室中没有喷射器,而是采用通过设置在辅助燃烧室中的小孔向辅助燃烧室供应燃料进而注入汽缸的燃料,这种技术的亮点不是稀薄燃烧,而是以化学计量空燃比进行燃烧,实现高速燃烧时,同时能够抑制压缩比增加时的爆震。这种被动型辅助燃烧室的燃烧速度相比起传动的单点火花塞点火系统,将近快了一倍;另外由于没有燃油喷射器,在结构上更为简单,更加高效。想要提升发动机的燃烧热效率,除了采用预燃室技术之外,本田还对高压延迟喷射技术进行了研究。通常情况下,燃油的延迟喷射能够减少发动机的压缩时间和燃烧时间,但是其缺点也相当明显,延迟喷射容易导致不完全燃烧,同时燃油跟空气的混合时间不足,混合效率也不高,不能够有效形成均质的混合气体。不过当增加喷射器的喷射压力由20MPa增加到35MPa,喷射的燃料-空气混合气体可能受到燃料喷射动量的干扰,并且可以保持扰动直到燃烧开始时,将能够增强汽缸中湍流,当气缸内的湍流越强,发动机的内部燃烧速度同样会得到提升。在发动机的压缩冲程中,活塞在到达下止点之前,燃油喷射器所喷出的燃油能够延迟到活塞下止点开始上升后喷出燃油喷雾,喷射时间可延迟至BTDC(上止点前)的约30度,从而减少发动机爆震的可能性,提升混合气体的燃烧效能。为了能够给超稀薄燃烧技术以及高压延迟喷射技术提供更好的燃烧环境,还需要提高发动机的压缩比,而在压缩比的提升上,需要控制发动机的爆震频率和强度,这个关键在发动机当前的温度,因此本田采用了一种缸内喷水技术,增加混合气体的燃烧效率,同时能够降低温度减少发动机的爆震生成,实现破百的升功率,同时也能够保证发动机的热效率能够稳定在40%。这种发动机缸内喷水技术并非丰田所独有的,宝马,博世在发动机缸内喷水技术上都已经能够量产化和商用化了。(这种缸内喷水技术搭载在宝马M4GTS直列六缸发动机上。)发动机缸内喷水技术,是通过往发动机缸内注入高压水雾,以冷却发动机缸内的温度,从而降低发动机当前的温度,提升气缸内的充气效率以及压缩比,同时还能够以较低的温度抑制发动机当前的爆震发生,减少额外的热能损失。这种技术能够在发动机的任何工况下都介入工作,无论是提高燃料效率,还是废气排放性能特别有效。不过这种技术,在考虑到发动机的燃油经济性和排放性能,因此需要降低最大的转速区间,使得发动机通过往发动机缸内注入冷却水,提升气缸的充气效率和压缩比,实现扭矩的增加。另外本田还打算利用朗肯循环废热回收原理,在实现发动机的小型化的同时,将废热回收至发动机室,提升发动机的热效率,如果真的采用这种技术,发动机的热能大约有4%将会被回收,混合动力车辆的燃料效率可以提高3%以上。虽然内燃机已经慢慢走向了谢幕,但是本田依旧是选择将内燃机技术进一步提升,不但更加高效能,更加环保,同时也能够代表着本田在技术领域上力争上游的精神,让其绽放出全新的光彩。
转载请注明:
http://www.aideyishus.com/lkcf/8131.html