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去年日产在国内发布了颠覆性的VC-Turbo发动机，在与这款发动机研发工程师茂木克也先生交流时，他透漏了一个信息，日产下一代发动机的目标热效率是45%，这是什么概念呢？现在量产最高热效率的汽油发动机也不过41%，而热效率极高的柴油发动机也不过45%左右，也就是说日产下一代引擎效率要比肩优秀的柴油机，这可不是一件简单事情。  作为一个内燃机工程师，肯定不会信口开河。那为什么要把目标热效率定为45%，而不是48%或者50%，这里面肯定是有依据的，或者说有可行方案！那么这个方案是什么样的呢？  早在2015年，本田官方就低调的放出了一个消息，他们已经成功将一款汽油发动机最大热效率做到了45%。这个消息也证明，把目前的汽油发动机热效率做到45%并不是吹牛，而是已经有可行的方案！  有句话叫风水轮流转，这两年丰田和日产纷纷推出了压箱底的技术，而素有“买发动机送车”的本田，似乎没有拿出压轴产品。本田当然不是没有技术，而是在憋大招！本田粉肯定坐不住了，未来的地球最强发动机是个什么样子？我们就根据本田剧透的信息，为大家梳理一下未来的高效率发动机基本特征。 更大的排量  业内对发动机的排量其实都有明确的共识，比如4缸发动机排量是2.0L，6缸发动机排量是3.0L，而8缸发动机排量就是4.0L，算下来每个气缸大约500cc的容积。500cc这个容积也不是随便凑个整数，它是经过严谨的计算得出的。  如果要把发动机效率继续往上提高，那么500cc的气缸容积就不行了。高热效率发动机需要更长的活塞行程和更小的气门直径，所以丰田的高热效率发动机又给出了一个方案，那就是单缸排量提升至621.75cc左右，发动机行程103.4毫米，缸径87.5毫米，行程与缸径比为1.2。  本田的办法有些不同，单个气缸容积627cc，发动机行程提升到了121.6毫米，而缸径缩小至81毫米，行程与缸径比为1.5。这样的设计在柴油发动机上也是比较少见的，更小的进气门直径以及更长的行程有利于增加气缸的流量，但是气门直径变小也会导致部分转速下进气不足，并且提高泵气损失，所以本田又在发动机上增加了一个机械增压器。  行程缸径比1.5也不是随便想出来的，它是从燃烧、泵气损失、机械损失等方面权衡后才最终确定的。 高压缩比+阿特金森循环  提高压缩比是高热效率发动机必要的步骤，本田做过很多测试，最终将压缩比设定在17:1，这个水准已经超过了部分柴油引擎。  如此高的压缩比对于汽油发动机来说，理论上是不可能实现，因为高压缩比会带来爆震。本田通过3种办法解决了爆震问题，首先就是阿特金森循环（模拟），通过气门延迟关闭，让一部分混合气体排出气缸内，这样实际上被压缩的以及最终被燃烧混合气体都只有一部分。  机械上压缩比是17:1，但由于气门迟闭一部分气体被排出，所以实际上被压缩的混合气体并没有理论上那么多。算下来这台发动机真正的压缩比只有12.5，但是它的膨胀比却是17。膨胀比高于压缩比就是阿特金森循环的特点，这种模式可以提高热转换率，阿特金森循环省油也就是这么来的。  单单靠模拟阿特金森循环还不足以控制爆震，喷油控制也非常重要，本田的方案是优化喷油的引导方向，而气门接近关闭时发动机才会喷油，这样可以避免爆震，但是这对喷油精度和压力要求很高。 高比例EGR+滚流 发动机的原理其实很简单，就是把汽油燃烧产生的热量转换成机械能，但是这些热量实际上很难被完全利用。发动机的冷却和排气是热损失非常高的地方，本田的高热效率发动机将EGR（废气循环）的比例提升到30%，也就说气缸的混合气体中，30%是来自排气中的废气。 这些废气再导入到气缸内燃烧，既可以降低气缸内的温度，又可以减少冷却损失。但是导入过多EGR会造成火花塞点火困难，而且火焰传播速度降低。本田的对策是通过提高缸内的滚流，从而提升火焰传播速度，因此要对进气和活塞表面形状做出很多改进。 最终定型方案 通过对火花塞点火、燃烧室形状、滚流控制等等方面的改进，本田最终将这台发动机的热效率做到了45.2%，这个定型的方案预计会用在未来的新发动机上。这里我们也可以大胆做个预测，本田下一代高热效率发动机排量可能在2.5L左右，并且采用缸内直喷和机械增压技术。 |
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