被指霧霾禍源？ 看發(fā)動(dòng)機(jī)如何技術(shù)反擊!

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購(gòu)置稅優(yōu)惠 經(jīng)銷商報(bào)價(jià) 車主點(diǎn)評(píng)

霧霾預(yù)警信息頻繁在手機(jī)上推送，帶著口罩的眼睛憂心忡忡，航班大面積延誤或取消...似乎每年冬天來(lái)臨時(shí)，霧霾天氣已經(jīng)成為很多地區(qū)的常態(tài)。我們知道，汽車尾氣被列入造成霧霾的黑名單，排放法規(guī)也面臨逐步升級(jí)。車企真的會(huì)對(duì)這些充耳不聞，置之不理嗎？其實(shí)目前很多車企都有成熟的技術(shù)來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)排放。讓我們談?wù)勀切┛梢愿纳茻熿F的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。

●缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)存在短板。

霧霾天氣有很多原因。毫無(wú)疑問(wèn)，工業(yè)污染和燃煤是主要原因，汽車尾氣也是分不開的。前一篇文章《霧霾和積碳的罪魁（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）禍?zhǔn)祝酷槍?duì)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，討論了傳統(tǒng)動(dòng)力汽車缸內(nèi)直噴技術(shù)對(duì)霧霾的影響。與歧管噴射相比，缸內(nèi)直噴使發(fā)動(dòng)機(jī)更容易產(chǎn)生PM2.5顆粒物排放，對(duì)霧霾影響更大。

由于缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃混合氣混合時(shí)間短，缸內(nèi)燃燒方式多為擴(kuò)散燃燒，即燃料同時(shí)混合燃燒，容易導(dǎo)致缸壁和缸角局部混合不均勻，以及高溫缺氧區(qū)域，產(chǎn)生大量顆粒。值得注意的是，在冷啟動(dòng)和大負(fù)荷工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)也容易造成顆粒物排放增加。

●豐田和大眾是如何減少顆粒物排放的？

2021年，豐田將歧管噴射和缸內(nèi)直噴相結(jié)合的D-4S混合噴射系統(tǒng)應(yīng)用于代號(hào)為2GR-FSE的3.5L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，有效改善了低負(fù)荷工況下嚴(yán)重的顆粒物排放。2021年首次搭載在美國(guó)雷克薩斯GS（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）350上，2021年搭載在雷克薩斯IS（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）350上。隨后，這款在當(dāng)時(shí)堪稱“黑科技”的發(fā)動(dòng)機(jī)，在2021年至2021年連續(xù)四年獲得沃德十佳發(fā)動(dòng)機(jī)獎(jiǎng)。

前面我們說(shuō)過(guò)，缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)更容易產(chǎn)生顆粒物，促使霧霾的產(chǎn)生，而歧管噴射技術(shù)在提高燃油效率方面不如缸內(nèi)直噴技術(shù)，那么如何“有你的蛋糕就吃你的”？智能汽車公司已經(jīng)將兩者結(jié)合起來(lái)，開發(fā)了缸內(nèi)直噴和歧管噴射的混合噴射系統(tǒng)。

目前豐田也全面應(yīng)用了D-4S混動(dòng)噴射系統(tǒng)，比如豐田漢蘭達(dá)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）、皇冠（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）和大部分雷克薩斯車型，甚至豐田和斯巴魯合作研發(fā)豐田86（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）和斯巴魯BRZ（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）。

豐田的2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)代號(hào)為8AR-FTS，搭載了一系列目前主流的技術(shù)。它不僅應(yīng)用了混合噴射系統(tǒng)，還采用了鋁合金缸體，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管集成在缸蓋上，水冷中冷器用于冷卻增壓空氣體。發(fā)動(dòng)機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)奧托循環(huán)和阿特金森循環(huán)等。

【FA20發(fā)動(dòng)機(jī)混合噴射系統(tǒng)顯示視頻如下】

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混合燃油噴射系統(tǒng)并不是豐田獨(dú)有的技術(shù)，大眾也有類似技術(shù)的量產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。比如大眾邁騰（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）、帕薩特（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）、奧迪A4、Q7上的第三代EA888 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)也有歧管噴射和缸內(nèi)直噴。

目前，不同噴射方式在不同時(shí)間切換的混合噴射系統(tǒng)是平衡動(dòng)力性和燃油效率，解決直噴發(fā)動(dòng)機(jī)排放劣勢(shì)比的較為完善的方案。然而，它也有缺點(diǎn)。缸內(nèi)和進(jìn)氣歧管內(nèi)噴射燃油所需的噴油壓力差別很大，所以具有混合噴射能力的發(fā)動(dòng)機(jī)必須有兩套供油系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和軟件標(biāo)定復(fù)雜。

目前柴油機(jī)的排氣微粒捕集器相當(dāng)普遍，但在汽油機(jī)上還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。此前，盡管缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越受歡迎，但由于成本壓力和排放標(biāo)準(zhǔn)，汽車公司并不想普及GPF。如今，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，排放標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高。用GPF裝備汽油發(fā)動(dòng)機(jī)似乎勢(shì)在必行。

早在兩年前，奔馳就意識(shí)到缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的排放弊端，并透露已經(jīng)開始研發(fā)帶有排氣微粒捕集器GPF的發(fā)動(dòng)機(jī)，并正在奔馳S500上做相關(guān)實(shí)驗(yàn)。我們知道佛吉亞是與奔馳關(guān)系密切的供應(yīng)商之一，可以推測(cè)奔馳的這一研發(fā)計(jì)劃顯然與佛吉亞有一定的關(guān)系。

新一輪更嚴(yán)格的歐洲排放法規(guī)將于2021年實(shí)施，各種因素迫使歐洲車企更加關(guān)注排放問(wèn)題。作為汽車的發(fā)明者和老牌的德國(guó)汽車制造商，可以說(shuō)梅賽德斯-奔馳推動(dòng)GPF在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中的使用是順應(yīng)未來(lái)趨勢(shì)的一種方式。

●減少氮氧化物排放的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)

眾所周知，除了顆粒物，氮氧化物也是造成霧霾的因素之一。對(duì)于氮氧化物的排放控制，其實(shí)車企已經(jīng)有了成熟的技術(shù)方案——尾氣回收技術(shù)。

廢氣再循環(huán)，將適量的廢氣從排氣管分流到進(jìn)氣歧管，帶著新鮮的空氣體進(jìn)入氣缸再次參與燃燒過(guò)程，俗稱“再嚼剩菜”，使混合氣燃燒更充分，減少氮氧化物的產(chǎn)生，降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放。

EGR不是一項(xiàng)新技術(shù)。它最早出現(xiàn)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，多年來(lái)一直用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。早期的EGR系統(tǒng)將高溫廢氣直接轉(zhuǎn)移到氣缸中參與燃燒，無(wú)需冷卻。雖然可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放，但存在氣缸溫度過(guò)高而增加爆燃的風(fēng)險(xiǎn)。目前水冷EGR系統(tǒng)已經(jīng)成為主流，廢氣在進(jìn)入進(jìn)氣歧管之前會(huì)經(jīng)過(guò)散熱器冷卻，改善了因進(jìn)氣溫度過(guò)高和氣缸溫度過(guò)高而導(dǎo)致的爆燃問(wèn)題。

目前，采用EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)不在少數(shù)，不僅是合資品牌，長(zhǎng)安、奇瑞、比亞迪等中國(guó)品牌也有不少采用該技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)然，最常見的是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。值得一提的是，EGR不僅可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的氮氧化物排放，還可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)在一定負(fù)載條件下的燃油效率。例如，第四代在普銳斯（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）1.8升2ZR-FXE發(fā)動(dòng)機(jī)上使用了EGR系統(tǒng)，這幫助這臺(tái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了前所未有的40%的燃油效率。

●提高燃油效率意味著減少排放。

發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)工作的每一滴燃油都會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸铩⒍趸蚝皖w粒物等。也就是說(shuō)，如果每一滴燃油都做更多的工作，那么提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率就意味著減少排放。有許多技術(shù)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率。先說(shuō)說(shuō)主流的阿特金森循環(huán)技術(shù)和集成排氣歧管設(shè)計(jì)。

目前，包括本田、豐田、大眾、通用、福特等在內(nèi)的許多制造商都在其發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了集成排氣歧管的設(shè)計(jì)。接下來(lái)我們以大眾第三代EA888 2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)為例。它集成了氣缸蓋上的排氣歧管。一方面，它可以利用排氣歧管的溫度來(lái)加熱冷卻液，使冷卻液快速達(dá)到工作溫度，減少預(yù)熱時(shí)間。這不僅可以提高燃燒效率，還可以在一定程度上減少有害氣體的排放。另一方面，冷卻流體還可以冷卻排氣歧管中的排氣，使得排氣可以以較低的溫度流向渦輪，從而實(shí)現(xiàn)較高的增壓效率。

對(duì)于降低排放，集成排氣歧管在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)狀態(tài)下的貢獻(xiàn)尤為明顯。我們知道，在冷啟動(dòng)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃燒室溫度較低，還沒(méi)有達(dá)到正常溫度，所以混合氣容易發(fā)生不完全燃燒，導(dǎo)致大量未燃碳?xì)浠衔锏呐懦觯绊懣諝怏w質(zhì)量。此外，在冷啟動(dòng)狀態(tài)下，用于尾氣催化還原的三元催化轉(zhuǎn)化器沒(méi)有達(dá)到最佳溫度，對(duì)一氧化碳、碳?xì)浠衔锖偷趸锏奶幚硇Ч黠@不足，縱容了有害氣體的排放。

豐田漢蘭達(dá)和皇冠的2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)不僅集成了排氣歧管和水冷中冷器，還擁有大眾EA888沒(méi)有的一項(xiàng)技能——阿特金森循環(huán)技術(shù)，利用進(jìn)排氣側(cè)的VVT調(diào)節(jié)器控制進(jìn)排氣門，模擬阿特金森循環(huán)工況，燃油經(jīng)濟(jì)性突出。

除了阿特金森循環(huán)技術(shù)之外，提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率的方法其實(shí)還有很多，比如優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)熱管理系統(tǒng)、提高渦輪增壓性能、降低發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦損失等等。但最重要的是從根本上解決尾氣排放問(wèn)題，這是改善霧霾天氣最直接的方法。

總結(jié):

雖然汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在這場(chǎng)動(dòng)力與排放的平衡之戰(zhàn)中竭盡全力實(shí)現(xiàn)自我救贖，但無(wú)論是大眾還是三菱，排放造假新聞的曝光都在不斷打擊人們對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)力的信心。再加上大眾“2030年要上內(nèi)燃機(jī)”的計(jì)劃，或許內(nèi)燃機(jī)注定前途黯淡，但不管怎么說(shuō)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)仍是現(xiàn)階段市場(chǎng)的主角，也有義務(wù)為環(huán)境做出一些有效的改變。

不可否認(rèn)，雖然與工業(yè)污染和燃煤污染相比，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣對(duì)霧霾的影響較小，但仍然是不可分割的一部分。基于能源結(jié)構(gòu)等環(huán)境，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)仍是不可拋棄的車輛動(dòng)力源。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)只能嘗試通過(guò)更新自身技術(shù)來(lái)改善這種污染狀態(tài)，如混合噴射系統(tǒng)、排氣微粒捕集器、廢氣再循環(huán)和廢氣后處理裝置等。，可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)霧霾的貢獻(xiàn)。其中有些技術(shù)還沒(méi)有在乘用車的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，所以在今天，我們對(duì)霧霾天氣的厭惡可以轉(zhuǎn)化為對(duì)這些技術(shù)普及的期待。