汽车时报:追求更高热效率 本田和马自达技术路线区别

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  发动机的热效率越高,单位燃油所释放的能量就越多,能耗和排放就越少。在如今的节能减排的大目标下,为了让内燃机再为人类多服役一些时间,提高发动机热效率成为各大车厂重点研发方向,其中日系车企在技术方面的追求更有成果。

  现在大多数发动机热效率在30%~38%之间,部分日系车企可以将热效率做到40%以上。其中丰田的Dynamic Force系列2.5L发动机,热效率为40~41%,搭载在第八代凯美瑞上。本田新款的雅阁混合动力2.0L汽油机实现了40.6%的最高热效率。

  不过,在技术储备上,本田和马自达都宣布已经在实验室完成了更高热效率的机器。近期,本田宣布发动机样机上达到了47.2%的热效率,而马自达的第二代创驰蓝天技术据称热效率可以达到50%。那么,我们来看看这两家技术控玩家都是怎么实现的?

  本田——来自F1赛车的预燃室技术提高空燃比

  为了提高热效率,本田采用了在F1赛车上广泛使用的预燃室(副燃烧室)技术。与常见的理论空燃比(14.7)的燃烧相比,空燃比超过30的稀薄混合气体的燃烧,可以使热效率快速提升。同时降低燃烧温度,使氮氧化物的排放也可以进一步降低。而当混合气体变得超稀薄时,会难以点燃并且难以稳定的燃烧。本田通过采用F1赛车中的预燃室(副燃烧室)技术来实现超稀薄燃烧。

  预燃室可以看做是一个把火花塞包裹住,并有许多小孔的金属盖。同时在预燃室中增加一个直接喷射器,确保预燃室中混合气可以燃烧。预燃室中的混合气先被点燃,火焰从小孔中弹出进入气缸。类似于多点点火的形式,可以让气缸中的超稀薄混合气快速燃烧。

  采用了预燃室的技术,本田能够实现采用空燃比接近40的超稀薄混合气体稳定燃烧。相比较传统的火花塞点火发动机,燃烧速度大大提高。

  马自达——第二代创驰蓝天(SKYACTIV-X)汽油压燃技术

  同样是增大空燃比实现稀薄燃烧,马自达第二代创驰蓝天发动机采用另外一个技术路线——火花塞控制的压燃点火技术。将传统的汽油机火花塞点火和柴油机的压燃点火方式相结合。压燃的点火方式可以使得气缸内的混合气体基本上同时燃烧,即实现真正意思上的均质燃烧,对于燃烧质量提升明显,能够将燃料燃烧更充足,降低了颗粒物的排放和积碳的形成,燃烧也较稳定。不过,汽油机的压燃点火难以控制,易产生爆震。

  为了解决这个问题,马自达采用火花塞来控制压燃的时机。刚开始先将燃油压力达到300~400bar(为目前直喷发动机喷油压力的两倍)的汽油喷入气缸,喷油量小于正常喷油量,使空燃比远远大于理论空燃比,可以达到36.8:1。而此时缸内大部分为过高空燃比的混合气不能被直接点燃,需要随着压力的升高被压燃。火花塞周围存在一部分较浓的混合气,火花塞点燃这部分混合气, 使缸内压力升高从而触发其他混合气压燃。为了提升进气压力,装配一台机械增压器实现进气压力的控制。

  这项技术在不同工况下,会对点火方式进行改变。高转速工况下,发动机依然采用传统的点火方式进行点火,可以实现压燃和引燃的平稳过渡。

   侃弟点评:

  提高热效率的核心在于提高空燃比,也就是实现所谓的稀薄燃烧技术。我们可以看到,本田与马自达这两项最新技术,空燃比都远大于理论值,让单位燃料接触到更多的空气,就是压榨燃料能量极限的方法。当然,从技术实现的角度看,对于稀薄混合气体压缩的压力值、点燃方式都有更高的要求,两家企业采用了不同的技术路线,侃弟更看好本田的技术方式,理由是结构相对简单、控制系统也没那么复杂,而且在F1上已经得到验证。马自达的技术更理想,燃烧也更充分,但显然控制上更加复杂。

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