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apple 發表於 2019-6-14 14:48:23

原來Toyota熱效率是世界第一

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https://www.ptt.cc/bbs/car/M.1560396104.A.D4E.html

作者hondasho (ホンダ ショウ)
看板car
標題[情報] 移植Honda F1技術 熱效率47%引擎2020問世
時間Thu Jun 13 11:21:41 2019

根據《日経xTECH》報導,Honda目前開發中的汽油引擎試作機種,已可達成47.2%的最高
熱效率。若真能實現於量產機種的話,可說是世界最高水準的境界。之所以能達成這項創
舉,主要是活用常見於F1等賽車的預燃室技術,並實現超稀薄燃燒。目標希望2020年後市
售化。

Honda於2018年發表的「Accord Hybrid」,其搭載的2.0L汽油引擎,達成40.6%的最高熱
效率。針對未來的開發目標,希望能兼顧45%的最高熱效率以及80kW/L的升功率。透過運
用預燃室技術的超稀薄燃燒,是能達成這項目標的重要技術。
https://i.imgur.com/qPBZLFBl.jpg

在2019年5月舉辦的JSAE春季大會中,本田技術研究所第3技術開發室的高級研究員 新里
智則,針對Honda對於2030年的引擎相關技術進行發表。

雖然Honda在這次的實驗中,相較於功率表現,更著重於熱效率,達成了47%的最高熱效率
,但新里先生表示:「量產機種的部分,目標會希望能兼顧升功率和熱效率,因此熱效率
大約會為45%左右。」

【Ferrari和Daimler於F1帶起的預燃室技術風潮】

近期的各日系車廠,大部分都在針對如何提高汽油引擎的最高熱效率進行開發。雖然Hond
a和Toyota一直在互相競爭世界第一的最高熱效率,但目前的Honda僅能排在達成41%熱效
率的Toyota之後。而透過預燃室技術實現的超稀薄燃燒,可望讓Honda重新奪回這項世界
第一。

為了提高熱效率,各家車廠的對應技術之一,就是超稀薄燃燒。所謂的超稀薄燃燒,即是
將空燃比(A/F)超過30的稀薄混合氣進行燃燒,和傳統汽油引擎(一般理論空燃比為14.
7)相較,可藉此提升熱效率。

另外,若能達成空燃比超過30的極稀薄混合氣,則能降低燃燒溫度,並減低NOx的排出量


過去BMW和Daimler量產化的稀薄燃燒,空燃比大約在17左右,此時的NOx排放量是很多的


此外,在超稀薄的狀態下,除了點火會更困難,同時也很難穩定燃燒。Honda針對實現穩
定燃燒的方法,透過了所謂的預燃室技術。

預燃室技術,是在火星塞前端至於一個小燃燒室(預燃室、副燃燒室)內,並進行點火。
同時於火星塞的前端,設有附小孔的金屬蓋。在預燃室內將混合氣點火後,火焰會從複數
的小孔噴進主燃燒室內。若能燃燒超稀薄的混合氣,則能讓這些火焰,容易形成接近「多
點點火」的燃燒型態。同時,透過這些小孔噴出的火焰可以更為快速,也更容易燃燒。
https://i.imgur.com/GxFt72El.jpg
▲預燃室技術中的多點點火形成示意圖。

預燃室技術在近年,廣泛地導入於賽車引擎。其中如Daimler和Ferrari等車廠已率先於F1
賽車上使用。而Honda也有在F1的引擎中導入這項技術,並希望能轉用於市售車款上。另
外同為日本車廠的Toyota,則是在WEC賽車上使用這項技術。

https://i.imgur.com/QdDXtMul.jpg
▲Honda RA618H(於F1 2018賽季使用的PU)

在Honda導入預燃室技術的實驗中,確認可讓空燃比近40的超稀薄混合氣穩定燃燒。燃燒
速度部分,為一般火花點火機構的2倍速。而在轉速2000rpm、指示平均有效壓力(IMEP)
為870kPa的狀態下,達成了47.2%的最高熱效率。

此外,在廢氣排放部分也有顯著改善。實驗結果顯示,NOx排放量止於30ppm。這也印證了
,若能讓超稀薄混合氣燃燒,確實能降低NOx排放量。

Honda對於這項預燃室技術抱有很大的期待。從Honda將這項技術命名為「i-CVCC」可以看
出端倪。當時於1970年代,因為清淨空氣法而轟動全世界「CVCC(Compound Vortex Cont
rolled Combustion)」可望以進階版的方式,再度出現於市場上。

Honda在本次實驗中導入的預燃室技術,是在副燃燒室中設置直噴噴油嘴的形式。這屬於
「主動式」的設計,可以讓副燃燒室的稀薄混合氣確實燃燒。而這種方式和德國汽車引擎
零件供應商Mahle所開發的技術類似。

https://i.imgur.com/UyZVsKMl.jpg
▲Mahle所設計的主動式預燃室技術。

另外,Honda也在實驗另一種,不在副燃燒室內配置噴油嘴,稱之為「被動式」的設計。
這種方式則和德國IAV及奧地利AVL提出的方法類似。

針對副燃燒室內的燃料供應,噴進氣缸內的燃料,可透過副燃燒室上的小孔進入。和主動
式的設計相比,可以省去副燃燒室內的噴油嘴,並降低成本。

只是被動式則不是採用稀薄燃燒,而是利用理論空燃比的燃燒。除了實現高速燃燒,主要
也是希望能抑制提高壓縮比時,易產生的爆震現象。在Honda的實驗下,可實現較一般火
花點火快2倍的高速燃燒。

https://i.imgur.com/JrfJfall.jpg
▲AVL設計的被動式預燃室技術。

【重視引擎功率表現,考量導入水噴射技術】

為了提高熱效率,Honda除了運用了預燃室技術外,也導入了另一項引人注目的「高壓延
遲噴射」技術。在噴油嘴處於高壓的狀態下,較一般大幅延遲了噴射時期。

通常若進行噴射時期的延遲,容易導致不完全燃燒。由於至燃燒開始的時間過短,燃料和
空氣混合的時間因此不足。

另外,延遲化具有可以增強汽缸內亂流的優點。在噴射燃料時,同時擾亂混合氣,並藉此
讓亂流能維持到燃燒開始。當亂流越強,燃燒的速度也會加快。

延遲化的同時,提高噴油嘴噴射壓,也是讓燃料和空氣能在燃燒開始前的短時間內進行混
合的關鍵。在Honda的實驗中,噴射壓從20MPa提升至30MPa,成功大幅延遲了噴射時機。

一般的噴射時機,大約是在活塞於下死點附近,於活塞開始上升離開下死點時進行噴油。
具體來說,將噴射時機延遲至BTDC(上死點前)的30度附近時,可以抑制爆震,並提高壓
縮比和熱效率。

在提升引擎熱效率的同時,Honda也希望能兼顧到引擎的輸出功率。目前正在開發具備比4
0%更高的最高熱效率,並能達成100kW/L升功率的引擎。而這當中引人注目的,則是水噴
射技術。

這項技術能在追求省油性的同時,兼顧到提升引擎功率。近期BMW已採用Bosch提供的這項
技術,並實際展開應用。

https://i.imgur.com/PfuRUXtl.jpg
▲BMW於2016年發表的「M4 GTS」,當中搭載的直列6缸直噴渦輪引擎,導入了Bosch開發
的水噴射技術。

所謂的水噴射技術,是藉由朝汽缸內噴水降低溫度,減少冷卻損失,同時也有助於減緩爆
震。雖然這項技術在引擎運轉全域內皆可使用,但在「全負荷」時,對於提升省油表現和
排放表現的效果是最大的。

在全負荷時,為了防止爆震,會噴射較濃的燃料,進行冷卻並充分的燃燒。若在此時以水
代替,可以減少針對冷卻的燃料。也就是說,原先提升省油性能和排放表現,而降低高轉
速域扭力的狀況,可以透過水噴射技術,提高扭力表現。Honda的新里先生表示:「對於
這『失去的動力』,這項技術是能有效回復的。」

【朗肯排熱回收,並回收於引擎室的目的】

Honda本次也透露到,過去曾發表運用朗肯循環的排熱回收技術研究,這回除了小型輕量
化外,並將能量存於引擎室內。透過解析,可回收約4%的廢熱,並能讓油電車的省油性能
提高3%。

https://i.imgur.com/BfNIKyDl.jpg
▲Honda於2006年在JSAE發表的朗肯循環技術概要。現行款朝著小型輕量化發展,並能將
能量回收至引擎室內。

這裡運用到的朗肯循環,相當於是迷你型的火力發電廠。運用引擎排氣產生的熱,取代煤
和液化天然氣,產生水蒸氣,渦輪的部分則是由使用斜板的容積形膨脹機來改變旋轉力。

Honda針對這項開發中的技術,以一次流體分析計算了能量的回收效果。在以美國的油耗
試驗模式下,行駛中的回收能源最大約為2000W左右,平均則為數百W。

此外,Honda表示,為了提升冷車啟動的排放性能,開始著手了電熱觸媒的開發。當觸媒
處於低溫狀態時,可透過電流加熱。這項技術估計是為了因應歐洲日漸嚴格的排放標準。

新聞來源:
ホンダが世界最高水準のエンジン効率47%、20年代目標
https://tech.nikkeibp.co.jp/atcl/nxt/column/18/00001/02339/

apple 發表於 2019-6-14 14:48:50

原來目前全世界熱效率最高的是Toyota
而且在台灣只要花83萬9就可以買到(Auris)
還有92萬5的RAV4也是配這顆世界第一的引擎喔~

andy600105 發表於 2019-6-14 16:45:12

感謝分享。
雖然機械原理我不懂欸{:2_31:}

apple 發表於 2019-6-14 18:15:49

andy600105 發表於 2019-6-14 16:45
感謝分享。
雖然機械原理我不懂欸

:lol
一起研究看看嘍
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