● 混合噴射并不是降低顆粒物排放的唯一法寶!
混合噴射系統(tǒng)彌補了單純缸內(nèi)直噴形式在發(fā)動機某些工況下的顆粒物排放嚴重問題,其實這并不是唯一的優(yōu)化方案。從成本和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度上來看,目前混合噴射系統(tǒng)都不太可能廣泛普及,為了減輕排放的壓力,更多的車企們能做的只是通過發(fā)動機參數(shù)標定,在動力和排放之間取得一個平衡點。那有沒有結(jié)構(gòu)更簡單的解決辦法呢?排氣系統(tǒng)的供應(yīng)商早就為車企們想好了解決方案——排氣管內(nèi)加裝汽油機尾氣顆粒物捕捉器(gasoline particulate filter,以下簡稱GPF)。
目前,尾氣顆粒物捕捉器在柴油機車型上是比較常見的(柴油機的顆粒物排放更為嚴重),但在汽油機車型上還沒有廣泛應(yīng)用。此前,雖然缸內(nèi)直噴發(fā)動機越來越普及,但迫于成本的壓力、基于排放標準的考慮,車企們并沒有想把GPF普及。如今環(huán)境問題愈演愈烈,排放標準不斷提高,汽油機車型配備GPF似乎也勢在必行了。
早在兩年前,奔馳便意識到缸內(nèi)直噴發(fā)動機的排放弊端,并透露開始了研發(fā)帶有尾氣顆粒物捕捉器GPF的發(fā)動機,正在奔馳S500上做相關(guān)的實驗。我們知道,佛吉亞是與奔馳聯(lián)系緊密的供應(yīng)商之一,可以推測奔馳的這項研發(fā)計劃顯然與佛吉亞有著一定的關(guān)系。
新一輪更嚴格的歐洲排放法規(guī)將在2017年實施,各方面因素都讓歐洲車企們不得不開始更注重排放問題了。作為汽車的發(fā)明者、老牌的德國汽車廠商,奔馳推動汽油機上使用GPF可以說是順應(yīng)未來趨勢的一種做法。
● 降低氮氧化物排放的發(fā)動機技術(shù)
我們知道,除了顆粒物外,氮氧化物(NOx)也是導(dǎo)致霧霾的因素之一。對于氮氧化物的排放控制,目前其實車企們也已經(jīng)有了成熟的技術(shù)方案——廢氣再循環(huán)技術(shù)。
廢氣再循環(huán)技術(shù)(Exhaust Gas Recirculation,簡稱EGR),它把適量來自排氣管的廢氣導(dǎo)流至進氣歧管與新鮮空氣一同進入氣缸再次參與燃燒過程,通俗點來說就是“再嚼一遍剩飯”,從而讓混合氣更充分的燃燒,減少氮氧化物的生成量,降低了發(fā)動機的排放。
EGR并不是一種新技術(shù),最早出現(xiàn)在柴油機上,目前在汽油發(fā)動機上也已沿用多年。早期的EGR系統(tǒng)把高溫廢氣不經(jīng)冷卻直接導(dǎo)流至氣缸內(nèi)參與燃燒,雖然能降低發(fā)動機的排放,但卻存在因氣缸溫度過高增加了爆燃的風(fēng)險。目前,水冷式EGR系統(tǒng)成為了主流,廢氣在進入進氣歧管之前會利用散熱器進行冷卻,這就改善了因進氣溫度和氣缸溫度過高而導(dǎo)致的爆燃問題。
目前擁有廢氣再循環(huán)EGR系統(tǒng)的發(fā)動機不在少數(shù),不僅是合資品牌,如長安、奇瑞、比亞迪等中國品牌也有很多應(yīng)用此技術(shù)的發(fā)動機,當(dāng)然,最常見的還是在柴油機上。值得一提的是,EGR不僅僅能夠有效地降低發(fā)動機的氮氧化物排放,還能在一定負荷工況下提升發(fā)動機燃效,例如第四代在普銳斯的1.8升2ZR-FXE發(fā)動機上使用了EGR系統(tǒng),幫助這臺汽油發(fā)動機史無前例地達到了40%的燃效!
● 提升燃油效率就等于降低排放
每一滴燃油經(jīng)過發(fā)動機氣缸內(nèi)作功都會產(chǎn)生一氧化碳(CO)、碳氫化物(HC)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2)和顆粒物(PM)等,也就是說,讓每一滴燃油多作功,提升發(fā)動機燃效就等于降低了排放。提升發(fā)動機燃效的技術(shù)有很多,下面我們來聊聊比較主流的阿特金森循環(huán)技術(shù)和集成式排氣歧管設(shè)計。
目前,包括本田、豐田、大眾、通用、福特等多家廠商都在發(fā)動機上,采用了集成式排氣歧管的設(shè)計。下面我們還以大眾第三代EA888 2.0T發(fā)動機來說,它將排氣歧管都集成在缸蓋上,一方面能夠利用排氣歧管的溫度為冷卻液加熱,讓冷卻液快速達到工作溫度,減少暖機時間,這不僅能提升燃燒效率,還能一定程度上降低有害氣體的排放;另一方面冷卻液也能為排氣歧管內(nèi)的廢氣降溫,讓廢氣能以更低的溫度流向渦輪,實現(xiàn)更高的增壓效率。
對于降低排放來說,集成式排氣歧管在發(fā)動機冷啟動狀態(tài)下的貢獻尤為明顯。我們知道,冷啟動狀態(tài)下發(fā)動機氣缸燃燒室的溫度較低,還沒達到正常溫度,混合氣容易出現(xiàn)不完全燃燒的現(xiàn)象,造成大量未燃燒的碳氫化合物排放出來,影響了空氣質(zhì)量。另外,冷啟動狀態(tài)下用于催化還原尾氣的三元催化器也沒來得及達到最佳溫度,對一氧化碳、碳氫化物、氮氧化物等處理效果明顯不夠,縱容了有害氣體的排出。
豐田漢蘭達和皇冠上的那款2.0T(8AR-FTS)發(fā)動機,不僅擁有集成式排氣歧管、水冷式中冷器,還有一項大眾EA888沒有的技能——阿特金森循環(huán)技術(shù),它是利用進排氣側(cè)VVT調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對進排氣門的控制,模擬出燃油經(jīng)濟性出眾的阿特金森循環(huán)運行工況。
除了阿特金森循環(huán)技術(shù),提升發(fā)動機燃效的方式其實還有很多,比如優(yōu)化發(fā)動機熱管理系統(tǒng)、提升渦輪增壓性能、降低發(fā)動機摩擦損失等等。但最重要的還是從根本上解決尾氣排放問題,才是改善霧霾天氣最直接的辦法。
總結(jié):
盡管汽油發(fā)動機使勁渾身解數(shù)想在這場動力與排放的權(quán)衡之戰(zhàn)中完成一次自我救贖,但無論是大眾也好,還是三菱也罷,曝出的排放造假消息不斷打擊著人們對傳統(tǒng)動力的信心,再加之大眾的“2030年去內(nèi)燃機”計劃,或許內(nèi)燃機注定有一個黯淡無光的未來,但不管怎樣,現(xiàn)階段汽油發(fā)動機仍舊是市場的主角,它也有義務(wù)為環(huán)境做出一些有效的改變。
不可否認的是,雖然相對工業(yè)污染和燃煤污染等來說,汽車發(fā)動機的尾氣對霧霾的影響沒有那么大,但它依舊是脫離不了干系的一份子;谀茉唇Y(jié)構(gòu)等大環(huán)境下,傳統(tǒng)發(fā)動機仍舊是不能割舍的汽車動力源,所以發(fā)動機只能通過自身技術(shù)的更新來盡量改善這樣的污染狀態(tài),混合噴射系統(tǒng)、尾氣顆粒物捕捉器、廢氣再循環(huán)和尾氣后處理裝置等等,這些都能有效地降低發(fā)動機對霧霾的貢獻量。其中,一些技術(shù)在乘用車汽油發(fā)動機上還沒有廣泛普及,所以,今天我們對霧霾天氣的痛恨可以轉(zhuǎn)化為對這些技術(shù)普及的期待了。(文/圖 汽車之家 夏志猛 部分圖片來自于網(wǎng)絡(luò))
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