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国六发动机性能差,油耗高?是开历史倒车么?

 大虎悠 2022-10-10 发布于上海

在之前的科普文章里,我专门有叙述过关于轮胎的“魔鬼三角”,分别是:耐磨性(决定了轮胎的耐用程度)、滚动阻力(影响油耗表现)、湿地抓地(决定雨天抓地能力),这3个指标之间的“互相平衡”的逻辑关系。

我们知道,一条轮胎如果很耐磨,而且同时滚动阻力又小,那么它在雨天的抓地表现一定就会差;反过来说一条轮胎如果滚动阻力小,同时雨天抓地很稳,那它一定不会耐磨!——3项性能之间是一个“跷跷板”的关系。这就是轮胎“魔鬼三角”原理。

而很少有人知道,在发动机领域里也存在一个类似的“魔鬼三角”!只不过它有另外的一个名字,叫做“不可能三角”。所谓“不可能三角”指的是发动机的3项重要指标,他们互相之间的“平衡”关系。

发动机“不可能三角”原理

动力、经济、排放的关系

“不可能三角”涵盖的3项重要指标分别是:动力指标(通俗来说就是马力大)、经济性指标(通俗来说就是节能省油)、排放指标(通俗来说就是尾气干净、环保)。根据“不可能三角定律”:一款发动机,要同时具备优秀的动力、经济性、干净排放,是不可能的!

而且这3项重要的指标之间的互相关系,也和轮胎的“魔鬼三角”类似,是一种类似于“跷跷板”的关系。——比如说一款发动机很省油,而且尾气非常干净,那么它的动力性一定会比较差劲,加速无力。

如果一款发动机尾气非常干净、而且马力也大,动力强劲,那么这台发动机必然在油耗指标方面会表现比较糟糕……听起来似乎和如今的国六发动机有点像对不对?没错!很多人发现,如今的国六发动机,环保级别高了,但油耗和动力却越来越弱鸡……

国六常用的“稀薄燃烧”:

空气吸多了,汽油喷少了

您还别说,导致国六发动机存在这些尴尬的元凶,还真就是这个“不可能三角”。首先国六的本质是尾气排放级别提高了。和国五比起来为其中无论是一氧化碳CO、碳氢化合物HC,还是氮氧化物NOx成分的允许量都低了很多。

因此国六发动机往往都会选择“稀薄燃烧”原理,也就是说通过“空气多,汽油少”的“高空燃比”控制方式来强制降低尾气中的“气体碳合物”。比如奔驰从M274发动机时代开始就用软件,强制将发动机的空燃比提升到16左右。

这完全与我们烂熟于心的汽油机标准空燃比14.7~14.8之间的定律完全不同!而熟悉汽油机空燃比的“技术读者”应该知道,空燃比16~18范围,汽油机尾气中的“残碳”含量最低。奔驰就是这么做的。——当然比如马自达创驰蓝天以及其他稀薄燃烧技术也是这么做的。

“稀薄燃烧”一定程度上

会影响动力表现

汽油喷少了,燃烧就稀薄了。可决定发动机动力输出的东西毕竟是汽油啊!空燃比12.5时(多喷油,发动机处于“油过量”状态)发动机功率最大这句话,当年我们学发动机理论的时候可都是要死记硬背的!——因此稀薄燃烧显然会影响发动机动力表现,绕不开!

此外,更高的空燃比下,发动机尾气的“残碳”少了,可是氮氧化物排放却更高了!咋办?——简单!用更大号的三元催化器、更高的催化温度来解决!这到不算难事。真正困难的是:要做到稀薄燃烧,就只有“缸内直喷”一条路可走。

“缸内直喷”需配合GPF

排气不顺畅引发高油耗

而“缸内直喷”技术会带来汽油颗粒气化的“彻底度”不如老式“进气歧管喷射”方式,因此燃烧不完全现象会更明显些。简单来说“缸内直喷”因此天生就容易存在碳颗粒物超标问题!

为了解决这个问题,工程师们想到了“颗粒物捕捉器”,也就是我们挂嘴里的“GPF”装置(柴油机上叫DPF)。这东西相当于是给排气管带上了一个N95口罩,能够将尾气中的“颗粒物”拦截过滤掉,只让纯净的尾气排放出去。

这技术看起来没啥毛病,但它毕竟会直接导致“排气不畅”的问题。排气阻力一大,结果发动机油耗指标就很容易恶化了……谁没事儿带个N95口罩跑步?本来呼吸就不痛快了,现在更不痛快……但GPF不用又不行,毕竟尾气达标才是最重要的。

发动机排放越来越难做

牺牲的代价也越来越高

缸内直喷+稀薄燃烧+GPF……发动机动力小了,油耗高了,当然尾气也环保了。我和泰哥常常唠叨:汽油机发展到国五阶段基本达到巅峰状态;柴油机发展到国四阶段基本达到巅峰状态。国六汽油机、国五柴油机其实在性能领域上已经开始走下坡路了,但这毕竟是为了环保而做出的牺牲,不是么?





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