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燃油引擎效率已经到极限?一项源自F1黑科技下放,将引发一场革命

 AutoLab 2020-10-23

文/阮锦程

尽管世界上主流车厂都忙着发展电动车,但仍然没有放弃挖掘传统内燃机的潜力。目前民用车内燃机热效率最高的是丰田混合动力,能达到41%,而本田也达到了40.5%,那么是不是到极限了?

要想再前进一步,就要拿出一些压箱底的技术了。你可能会奇怪,内燃机还能有什么大招?请了解一下F1。

为提升燃烧效率,其实近十几年来都是往一个方向发展——稀薄燃烧,未来是超稀薄燃烧。

传统缸内直喷引擎依靠火花塞点火

尽量把气缸内混合气体弄得稀薄一些,少喷一点汽油再能点火充分燃烧,这就是典型的“既要马儿跑得快,又马儿少吃草”的做法。例如近十几年发展的缸内直喷技术,本质上还是想把汽油颗粒喷射得更细一些,这样少量燃油就能与空气混合.......

但气缸内的混合气太稀薄了,你想把它充分点燃就不容易了。例如大众FSI缸内直喷是分层燃烧功能,目的是为了更好的点燃混合气,但做得也不算太成功。

传统引擎缸内直喷把汽油雾化

现代引擎采用火花塞点燃混合气,但火花塞的火星很有限,很多时候它只能点燃自身周围的燃油。在稀薄燃烧面前,等于是面对一堆干柴,你用一个打火机想去点燃它......是有点难度。

但如果你把打火机换成一个火把,那么事情就容易多了。

好了,现在主角出场了。有一次我们去马勒采访增程电动车,德国马勒是众多国际汽车与引擎零部件制造商中的佼佼者,日常生活中可能我们更熟悉它的汽车滤清器。

2015年的时候

马勒在介绍公司的PPT中,有一个不是采访主题红色的画面一闪而过,然后被我抓住一问到底。证实那辆红色的车车正是法拉利F1赛车,而多年前法拉利赛车前鼻翼上就出现的“MAHLE”LOGO,说明了法拉利与马勒多来年来技术合作。

马勒MAHLE一早出现在法拉利F1赛车上

早在2016年加拿大站,法拉利F1引擎就从供应商马勒那里得到技术援助,引入了一套类似奔驰AMG F1引擎相似的黑科技——TJI(Turbulent Jet Ignition),这是一种革命性的引擎技术。

这就是“预燃室”技术。就如前面谈到火花塞点火时候所说,把打火机换成一个火把事情就简单多了,而这个火把就是“预燃室”。

在法拉利F1引擎的TJI系统中,将喷油嘴和火花塞安置在同一个预燃室式燃烧室中,97%的燃料能量进入到主燃烧室中,3%的剩余在预燃室中。

工作时火花塞先点燃预燃室的混合气,预燃室里燃烧的混合气像一个火把冲出来,这样很顺利就点燃主燃烧室,也就是气缸中的97%的混合气。

凭借着预燃室这些黑科技,F1的1.6L V6涡轮增压引擎的燃烧效率短短两年间从40%提升到了47%,遥遥领先于民用引擎。但众所周知,F1车队对于自家技术可谓是守口如瓶,特别是引擎技术。何况现在法拉利F1引擎已经是围场中功率最高的引擎。

而就在不久前,马勒竟然计划把这项黑技术引入到民用引擎领域,并把它命名为Mahle Jet Ignition(MJI)的燃烧系统。

这种感觉就像《头文字D》中拓海把引擎开坏以后,他父亲把一副赛车引擎装进AE86那样。

马勒民用版的MJI技术

MJI技术特点在预燃室中安装火花塞,先通过火花点燃预燃室的混合气,然后燃烧的火焰通过预燃室底部的小孔冲进主燃烧室,从而点燃了整个气缸内的混合气。这比传统引擎火花塞只能点燃自身周围的混合气高效得多了。

马勒预燃室和火花塞一起

马勒的MJI有两种类型:主动和被动式。主动式有两种燃油喷射形式(直喷和进气道喷射),主动式先是由喷油嘴先喷射95%的燃料进主燃烧室,活塞正常压缩的情况下,其余5%(或小于5%)被喷射到预燃室内。

火焰通过预燃室底部的小孔冲进主燃烧室

被动式与现在F1采用的技术相近,取消了缸内直喷,但同样保留了预燃室和火花塞。工作时混合气先进入主燃烧室并被活塞压缩,少量燃气混合物通过主燃烧室和预燃室之间的小孔进入预燃室内,再被火花塞点燃。

马勒宣称,MJI技术可以让民用引擎燃油效率几乎达到了类似于柴油引擎的效率,而目前最好的柴油引擎热效率在50%以上。MJI测试表明,单位能耗低于200g / kWh,并且CO 2排放量显着减少。

其实研究预燃室技术不止马勒一家,包括奔驰、雷诺和本田都有相当的技术。特别是本田现时也为F1提供引擎,本田原计划将这项技术在2020年引入商用,并把它命名为“i-CVCC”。

本田也为F1提供引擎

本田在试验中i-CVCC热效率据说已经达到了47%,但为了在大规模量产时,为了实现与高比功率的兼容,热效率目标确定在45%左右。

在上世纪70年代燃油危机时代,本田思域正是搭载了CVCC(复杂涡流控制燃烧)引擎,通过了美国严格的排放标准,从此让本田汽车在美国大卖。而“i-CVCC”会不会让本田重返民用引擎领先位置?

显然,一场比当年缸内直喷的出现还要重要的内燃机革命,正在到来。


谢谢那么好看的你读完了全文,再给辛苦写作的小编点个“在看”吧!






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