汽油發(fā)動機開始大步前進。豐田《日經(jīng)汽車技術》雜志2016年7月刊出了“小型化的挑戰(zhàn)終結”特集，介紹日本各企業(yè)正傾力于發(fā)動機終極技術——稀薄燃燒（稀燃）的稀薄現(xiàn)％動向。其中，燃燒熱效豐田就是欲實熱情最高的企業(yè)之一。記者就汽油發(fā)動機的豐田未來展望，采訪了該公司發(fā)動機先行設計部部長友田晃利。挑戰(zhàn)（采訪人：清水直茂）

　　——豐田公布了要使汽油發(fā)動機的稀薄現(xiàn)％熱效率達到50％的目標，并認為稀薄燃燒是燃燒熱效重要的技術之一。

　　要使熱效率達到50％的欲實高水平，需要最大限度地提高循環(huán)效率，豐田就必須增加進入氣缸內(nèi)的挑戰(zhàn)氣體量（工作氣體）。實現(xiàn)這一點的稀薄現(xiàn)％手段大致有兩個：一個是進入比理論空燃比要多的空氣，也就是燃燒熱效稀燃。另一個是欲實空氣量保持理論空燃比不變，但增加EGR（廢氣再循環(huán)）量。但這兩種方法都會導致燃燒速度減慢。需要采取加快燃燒速度的技術。

　　（稀燃與廢氣再循環(huán)之中，）從提高熱效率的角度來看，稀燃增大了比熱比大于尾氣的空氣的進入量，相對更加有利。但稀燃時尾氣中所含的空氣會增加，就無法再使用（去除NOx〔氮氧化物〕和HC〔碳化氫〕等的）三元催化劑。因此必須要在不依靠三元催化劑的情況下，克服凈化尾氣的課題。

　　——作為點火燃燒貧混合氣體的技術，壓縮汽油燃料使其自燃的HCCI（均質(zhì)預混合壓燃）受到關注。

　　HCCI對于提高輕負載區(qū)域的熱效率是有效的，但目前還比較難實現(xiàn)。需要借助火花點火等“可以自主控制燃燒的手段”。

　　HCCI不能像火花點火方式那樣，強制性地控制點火（燃燒開始）時間。必須按照目標，嚴格控制自燃溫度、濕度、氣壓、缸內(nèi)殘留氣體成分比例等條件。而且必須推測燃料性狀。因為點火反應時間會因燃料性狀不同而變。世界各地的燃料性狀相去甚遠，今后差異還有可能越來越大。

　　——豐田正在關注相應于發(fā)動機負載改變壓縮比的可變壓縮比技術。

　　要提高熱效率，提高壓縮比是基本方法。但壓縮比提高時，高負載區(qū)域容易發(fā)生異常燃燒（爆震）。雖然可考慮降低吸氣溫度及氣缸壁溫度（冷卻水溫）等辦法，但最有效的還是降低壓縮比。最好是在部分載荷區(qū)域有高壓縮比以提高熱效率，而在容易發(fā)生爆震的區(qū)域降低壓縮比。實現(xiàn)這一點的就是可變壓縮比技術。雖然世界上對此早就在研究，但因為機構制造困難，至今仍未能量產(chǎn)。盡管如此，因能最有效地抑制爆震，我認為其今后也仍是重要的技術。

　　——看來燃燒控制將變得重要。

　　努力提高熱效率會降低燃燒的穩(wěn)定性。具體來說，因環(huán)境條件的變化、燃料性狀的偏差、氣缸之間的差異等，很可能導致穩(wěn)定燃燒變得困難。通過利用基于發(fā)動機物理模型的前饋控制、基于各種傳感器信息的反饋控制等，來穩(wěn)定環(huán)境條件，使燃燒在不同的環(huán)境條件都能保持穩(wěn)定的措施將會變得重要。

　　——目前在全球廣泛使用的小型化發(fā)動機今后將會如何？

　　排量過小的小型化發(fā)動機會減少，與車輛尺寸相適應的“適度尺寸（合理排量）將成為主流。某些車輛還有可能為自然吸氣發(fā)動機設置較大排量的“大型化”。

　　原本就是多缸、大排量的自然吸氣發(fā)動機時，可以通過增壓小型化，使發(fā)動機的使用區(qū)域轉移到燃效良好的區(qū)域（相對靠近高負載側）。能夠提高燃效性能。但是，增壓小型發(fā)動機在高負載區(qū)域的使用頻率會增加。難以達到今后愈發(fā)嚴格的排放標準。新的燃效、排放規(guī)定“WLTP（Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure）”和“RDE（Real Driving Emission）”即將生效。與過去相比，發(fā)動機高負載區(qū)域的使用頻率會增加。

　　另外，在增壓器不易起效的區(qū)域（主要是低轉速區(qū)域），增壓發(fā)動機其實與自然吸氣發(fā)動機是一樣的。如果排量過小，車輛的響應性有可能變差。

標簽：豐田 燃燒 挑戰(zhàn) 閱讀全文