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内燃机的巨大提升,通向50%热效率之路_汽车频道_东方

发布日期:2020-09-07 05:48   来源:未知   阅读:

具体采用的则是如下几种技术,分别是阿特金森循环,冷却式废气再循环(cooled EGR),低摩擦技术,长冲程气缸,稀薄燃烧技术以及高滚流技术。具体来说,为了降低排气热损失,一个重要的方案就是使用长冲程气缸,为了照顾发动机转速,长冲程气缸最多使用到1.5倍的冲程缸径比。做好发动机基本结构之后,下一步就是做到超级稀薄加低温燃烧,而为了实现超级稀薄燃烧,则需要高滚流技术和高能量电火技术。考虑到实现高热效率常用的高压缩比(这里是13:1),为了降低因为高压缩比带来的爆震,冷却式废弃再循环技术也需要被应用上去。

在那个时候,丰田使用了一台2.0升的四缸实验样机,样机参数如下图所示

虽然我国是全球最为积极推进电动车普及的国家,但是考虑到电动车天生的补充能量劣势和里程焦虑,我国仍然非常现实的推出了低油耗车型奖励方案。具体已经在笔者的前面一篇文字里做了描述。详见《工信部出的奥数题,解出来你就知道燃油车5年后还有戏吗》。

首先是高压缩比,这台验证机使用的机械压缩比高达17,然后是很高的废气回收率,这里高达35%,但是本田没用使用超稀薄的稀薄燃烧,本田的意思是稀薄燃烧会带来尾气处理的问题。然后还有MBT(minimum advance for Best Torque),再下来就是机械增加以及高达1.5的冲程缸径比了。

丰田还对这台样机做了更细致的研究,发现如果使用更快的点火方式以及更加稀薄的空燃比(超过20),这台样机可以最终超过46.5%的最大热效率。实现这一热效率的发动机转速为2000转,BMEP在0.88。

这一方案对能够带来巨大油耗降低的混合动力车型是一个前所未见的利好,同时也鼓励各厂家进一步挖掘内燃机的潜力,做好燃油车油耗降低工作。

说起挖掘内燃机的潜力,首当其冲的就是本田和丰田,早在2015年丰田就在其SAE文献中发表了实现45%热效率发动机的技术。

而本田在这台验证机上使用的技术则在如下图红框中显示:

由于仅仅是一台验证用的样机,所以丰田并未给出该发动机完整的BSFC图。由于目前业界普遍认为可见的将来就是1.5的冲程缸径比。所以丰田的这些技术验证可以认为是各种传统的发动机优化技术达到极限之后的效果。

在这些技术中,超级稀薄燃烧是对热效率提升最高的手段,根据丰田的研究,相比标准空燃比的14.7,当空燃比提升一倍达到29以上的时候,发动机热效率可以提升10%。如果把稀薄燃烧和冷却式废气再循环结合起来,以20的空燃比外加20%的cooled EGR,丰田就将这一台样机的最高热效率提升到了45.6%。为了保证稀薄燃烧下的进气量,丰田还尝试了用一台电动涡轮增压器,而在把测试用的燃油从91RON,转为100RON之后,热效率甚至提升到了45.9%。丰田还尝试用了一台小的涡轮增压器,替换电动增压器,但是涡轮导致的排气压力上升反而降低了热效率到43.9%。

说完了丰田的样机,笔者曾经介绍过一台本田的样机,也就是在2015年10月,本田不甘落后的在其论文中发表了一个达到45%热效率的验证机。不过这台机器仅仅只有一个气缸,大小为626cc,冲程缸径比也是1.5,供油方式仍然是多点电喷,为了解决进气量的问题,本田为这台发动机加上了机械增压器。

具体发动机参数如下图所示。

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