03.06 如何评价本田那款热效率有40.6%的2.0自吸发动机?

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如果单从理论上看、想当然的说,实现发动机更高的热效率其实不难,因为发展的大方向已经确定,那就是利用直喷发动机为基础、极高的压缩比为核心,配和EGR进行降温、降低泵气损失,再进一步通过阿特金森(米勒)循环降低泵气损失,最终以百分之零点几的提高,不断的将热效率堆砌上去,最终也就打造出了本田、丰田的那类40%➕热效的发动机。。。


只不过想实现发动机的高热效率,说起来很容易,但做起来却很难;所以就目前而言也仅仅部分日系车企能够做到;欧美车企也有做到的基础,但却在发展中走上了涡轮增压的发展方向,想减少泵损依靠增压也是可行的!实际上运行中的发动机热效率并不是一成不变的,而是在不同工况下、不断改变的,所谓41%的热效率、40.6%热效率其实指的都是发动机在某一负荷下才能达到的最大热效率,如果能让机器保持以最大热效运转,结果就是省油;但如果受实际的路况所限制,发动机无法达到最大热效率,省不省油不好说!丰田机器所能达到的41%、本田机器所能达到的40.6都是最大热效率,也都是建立在阿特金森循环下才能做到,鄙人在之前的一篇回答阿特金森循环发动机这么好,为什么丰田不用在燃油车上中已经提到,阿特金森循环不能单独存在,必须配合奥托、或电机,组成双循环或混动系统(弥补动力不足),所以本田机器所能达到的40.6热效,完全建立在阿特金森循环之上,而车子在运行中,发动机并不一定时刻保持阿特金森循环,虽然混动技术在一定程度上弥补了这个问题,但仍是有限度的!这里可以看出想打造超高的热效率,必须依赖于阿特金森(或米勒)循环,而考验的则是可变气门正时技术是否成熟、过硬,毕竟目前的阿特金森循环都是依靠可变气门正时技术所模拟出来的,而并非从机械结构上实现膨胀行程大于压缩行程。。。

高压缩比是提高热效率最直接的方式

想提高发动机的热效率,最简单、有效的方式就是粗暴的提高压缩比;压缩比的高低对于发动机的性能影响很大;压缩比越大、压缩冲程时产生的压力、温度就越高,混合气体中的汽油可以气化的更彻底、颗粒也更细腻,汽油燃烧也就能更加彻底、燃烧后释放的动力也更加强大,但压缩比过高会导致爆震,从而引发一系列机械问题,所以在缸内直喷机彻底普及之前,发动机的压缩比也受到限制,没办法做的太高。。。


缸内直喷的普及,使得发动机实现更高压缩比成为可能。。。

前文有所提到,强行提高发动机的压缩比所导致的必然结果就是发动机在进行压缩冲程时的高温、高压,这两点是诱发爆震的元凶,而直喷发动机凭借更完善、灵活的喷油策略,可以很好的令缸内温度在点火前降下来,比如燃油喷在缸内、在缸内完成气化,液体气化要吸收热量,所以在一定程度上可以下调点火前的温度,更极端的是直喷发动机甚至可以在压缩冲程开始后进行喷油,所以对于点火前温度的控制是很主动、灵活的;当然直喷发动机的好处还有许多比如通过分层喷射、来实现分层进行燃烧,从而提高稀薄燃烧的边界等等,就不一一赘述了。。。



大量EGR进一步降低温度,并同时减少泵气的损失。。。

很多朋友对于EGR的认知大都集中在降低缸内温度、从而减少氮氧化物的产生阶段,原理在于利用惰性气体吸热之类的(原理哪都有就不细说了),但当今使用EGR并不只是为了环保之用,更多是为了减少泵气损失;传统的奥托循环发动机在较低转速时,节气门的开度比较低,发动机处于吸气冲程时、活塞下行进行吸气比较费劲(联想一下我们张大嘴吸气就很容易,仅留一条缝吸气就费劲),而EGR将废气重新送入燃烧室、增加了缸内的压力,就等同于是给处于下行吸气的活塞增加了一个向下的推力,这样一来就等同于给活塞下行吸气过程省了力气,所以这也就叫做减少了发动机的泵气损失;再往深了说就是低温EGR可以很好的抑制缸内温度,同样也可以避开爆震区域,相比较直喷机利用加浓喷射来降温的方式,高负荷运行的发动机利用EGR引入废气来降温等同于取代了高温开环控制,毕竟利用加浓喷射来实现降温,加浓部分的燃油无法彻底燃烧,也就都浪费了,所以EGR对于降低油耗有着明显的效果。。。



部分阿特金森循环化,可以进一步减少泵气损失,并获得更多的功。。。

阿特金森循环之所以可以省油,主要的原因有两点,其一是减少泵气损失;其二就是当压缩行程固定时,膨胀行程越长,获得的功也就越多;阿特金森循环减少泵气损失的原理也很简单,比如同样是在低转速、进气量一致的条件下,阿特金森循环时节气门开度要比奥托循环时大很多,所以活塞下行吸气过程变的更加省力(和上文的EGR有相同之处,只不过实现方式不同,EGR引入废气推着活塞下行吸气,来降低吸气阻力),所以减少泵气损失就是阿特金森(或米勒)循环的好处;减少了能量的损耗、又增加了功,所以阿特金森循环是实现高热效率的最后一步(往远了说,还有超稀薄燃烧之类的,比如马自达起步将空燃比拉到29.4以上)。。。


上述内容就是本田、丰田打造出热效率40%以上发动机的根本原因;完全就是依托于强横的技术储备、强大的基础工业所打造出的机械艺术品—这就是评价;所以想实现发动机超高的热效率只需要直喷、超高压缩比、堆EGR、模拟出阿特金森(或米勒)循环即可;说起来是很容易,但对技术的依赖极高;比如没有成熟的可变气门技术作为支撑,就没办法实现奥托循环发动机的阿特金森化,过40%的热效率就很难实现,当年的可变气门技术受到硬件上的制约,没办法实现这么大的可变范围,所以阿特金森化一直拿不出来,而现如今这些技术及硬件都已经成熟,所以热效率也就一举突破了40%;想打造高热效率发动机,看似利用了多种相对独立的技术,但实际上完全是相辅相承的状态、缺一不可。。。


非专业车评


我来分享一下本田雅阁最新的混合动力2.0L发动机的情况。

2019年沃德十佳发动机评选中本田最新的热效率高达40.6%的iMMD混动2.0L发动机(图1)和丰田的混动系统一起获奖。本田的这个2.0自然吸气发动机是专门为本田的iMMD混动设计的,采用了阿特金森循环和高压缩比来提高热效率。新的发动机高于2017年雅阁混合动力发动机38.9%的热效率水平,也是所有批量生产的本田发动机中最高的热效率。

一、先说一下雅阁的这个iMMD混动系统

本田的iMMD混动方案非常有特点,是一种从电动车思路出发的混动,它的工作模式如下(图2):

1.非常低的时速时可以纯电驱动,发动机完全不工作。

2.在车速80Km/h以下发动机不会直接驱动车辆,这时候发动机即使启动工作,也只是发电,然后把发出来的点给电机驱动车辆。

3.在超过80Km/h时速的高速情况发动机才会直接驱动车辆。但是也只是负责稳态输出,在高速情况下的加速动态过程仍然由电机负责。这样保证即使在发动机直接驱动时,也是工作在发动机的最高效率区域,非常省油。同时,高速用发动机驱动也避免了电动车遇到的高速下电耗过大的问题。

二、本田的2.0阿特金森混动发动机

从上面的混动工作模式可以看出,本田混动中发动机主要负责发电和高速情况下稳态驱动。其他的低速运行,怠速,加速情况完全靠电机来完成,这样发动机可以专门设计在最高效率区域运转。本田为此设计的是一个结构简单,定点工作效率非常高的自然吸气发动机(图3-图5)。

1.阿特金森循环

为了提升热效率,本田采用了目前最就行的阿特金森循环燃烧系统。这一燃烧系统可以允许使用非常高的物理压缩比,从而提高热效率。本田选择了高达13.5的压缩比。阿特金森循环的过程简单的说就是采用进气门晚关的方法,把进入汽缸的空气再压回进气管一部分,这样给活塞加速做功的冲程就长于实际用于压缩的冲程,也就是膨胀比大于压缩比,所以热效率会比较高。同时,这一特性在部分负荷下还可以显著降低泵气损失(图6)。

2.气门夹角变小(图7)

发动机在进气门和排气门之间夹角34度。狭窄的阀门角度降低了燃烧室的面容比(表面与体积的比率),有利于创造一个更平坦、更紧凑的燃烧室,以减少热损失,加快燃烧速度,同时降低碳氢化合物的排放。

3.进气道喷射系统

本田选择了更加便宜的进气道喷射系统,而不是昂贵复杂直喷系统。主要的原因如下:

(1)性能考虑

这是一个固定点高效率运行的发动机。在传统发动机上直喷技术带来的高性能,快速响应,低速扭矩等性能已经不需要了,全部交给电机来完成,因此直喷就不是必须的了。

(2)降低油耗

没有直喷高压喷射系统和高压油泵,发动机的阻力会降低,有利于降低油耗

(3)降低颗粒物排放

进气道喷射系统可以避免直喷系统产生的颗粒物排放。

4.EGR废气再循环系统

EGR系统的工作原理是将一部分排气中废气重新引入汽缸内部参与燃烧,这样可以降低小负荷时的泵气损失,提高热效率,降低油耗。

5.E-VTC和VTEC技术

(1)本田在进气侧选择了电动可变气门正时系统E-VTC,主要是阿特金森循环需要电动宽角度调节的可变气门正时系统VVT的支持,这样可以实现快速的VVT调节,满足进气门晚关策略的实现。(图8)

(2)本田还加入了它最著名的VTEC可变气门升程系统。(图9)

这样加上前面的E-VTC,气门的开启时间,持续角度,升程高低全部电动可调,可以进一步降低优化进气和燃烧过程,提升效率。

6.紧耦合催化器

将催化器直接布置在缸盖排气出口处,采用紧耦合设计。这样冷机启动时,能够快速让催化器温度上升到工作温度,降低冷机启动的排放。

7.降低摩擦

(1)气缸孔中心相对于曲轴偏心6.0mm,减少了活塞的侧负荷,从而帮助减少活塞滑动摩擦,提高效率。

(2)轻量化活塞裙部设计,以尽量减少往复重量,减小振动,降低摩擦,提高效率。

(3)采用锻钢曲轴,每个轴颈进行微抛光工艺,以减少摩擦。

8.NVH方面的设计

(1)静音链条

本田为这个发动机选择了长寿命静音链条作为气门系驱动系统。和发动机等寿命,兼顾了静音与耐久性。

(2)平衡轴

为了平衡4缸发动机的2阶不平衡力,本田在油底壳中设置了两根平衡轴来降低发动机振动。

9.排气热回收装置

这是个比较特殊的设计,本田考虑用废气的能量来加热发动机,帮助减少在寒冷天气启动和初始运行期间的摩。在寒冷的天气条件下,热回收装置使用热废气更快地加热发动机冷却液,这将使发动机更快地达到正常工作温度,减少油耗,并允许I-MMD更早地在混动模式下工作。

总结一下,本田的混合动力发动机设计思路完全是为了混动需求的定点工作服务的,发动机使用的技术也是精心挑选,一切为了最高热效率,不追求高技术的堆砌。

以上信息供大家参考,欢迎讨论。对发动机感兴趣的朋友可以关注我,每周会发布原创的发动机技术和产业的专业解读,谢谢支持!











锐引擎


本田新一代混动雅阁上面那台2.0L自然吸气发动机,最高热效率40.6%,丰田全新的2.5L自然发动机,最大热效率41%(混动车型上的),相比之下非常接近,它们在技术上的优化也比较接近。

本田上一代混动车型上的发动机,最大热效率已经达到了38.9%,这其实已经很厉害了。最大热效率这东西,要说作用也不是很大,提升一点对油耗的帮助微乎其微,但要是想提升一点说起来很简单,做起来很难,现在暂时也只有日系车在这一块钻研了(本田、丰田、马自达)。

提高最大热效率,无非是提高压缩比(或者说膨胀比),加大EGR(废气循环),丰田也是采样了这样的办法(都是进一步稀薄燃烧的办法)。提高压缩比容易,但是要解决爆震的问题。它们一是采用米勒循环(可以有效降低爆震和缸内温度),二是减少机械方面的摩擦。

总体来说,提升最大热效率在技术上的进本是很难得的。如果技术进一步突破,让涡轮增压发动机的最大热效率也提升到这个水平,那在排放环保方面是不小的进步。


老胡评车


你说的应该是本田旗下那款大量应用于type R车型上,俗称红头机的K20吧~~
虽然它的排量只有2.0L,但它的最大马力可以达到225马力,最大扭矩为196N.m。因为采用了铸铁缸体,强度更加皮实耐操,所以改装潜力非常大,据说,改装界至今没有人能完全发挥出它的最大潜力~~

很多人认为思域已经很牛掰了,号称“秒天秒地秒空气”


,不过在红头机面前,它也只是个小弟。
把这台红头机改装到500马力,只能说跟玩似的,说它是一个传奇,似乎夸张了点,不过这就是本田发动机厂的造诣~~

因为没有开过,所以具体怎么样,还真不知道,以上源自道听途说,听听乐呵乐呵就行了,反正也买不到~~


启名星


那只是本田造发动机的技术标杆,或者说是指标,更是它技术实力的彰显。但作为普通乘用车主来说,个人觉得没啥崇拜的,这里有两个主要原因:其一,作为普通乘用车主而言,发动机的耐用度才是首要考虑的因素;其次是日常油耗;第三是颜值;第四是日常使用的道路条件;最后才是技术参数。换句话说,最低的使用成本与最好的性能的最佳结合,才是王道。网上不断的文章推崇高性能车,本无可厚非,但是如s2000之类的性能车,国内的道路条件和经济成本,都不是普通消费者所能承受的。


丰步辽


牛逼得无以复加!在压燃技术应用前这就是技术最强引擎了,丰田那台用了直喷供油才做到41%!


页sure


本田,已经不是以前的本田,我的奥德赛地球梦2.4到处渗油!比宝马三系渗油还厉害。中缸渗,缸盖渗,已经越来越严重了


x新哥


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用户66096703133


呵呵,当电池不行了就知道什么后果了,丰田混动好得多,电池不行了照样开


优昙婆罗70127285


不能评价 因为本田官方从来没有宣传过2.0地球梦引擎达到40.6的热效率。只是网上车友们之间讨论的一张数据图。


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