在政府大力推进新能源汽车政策的当今,人们急切关心“燃气机”动力到底还能走多久?焦虑燃油车5年后还有戏吗?
近日,今日头条转发《速度周刊》发表的《内燃机的巨大提升,通向50%热效率之路》的论文,对大家的焦虑给出专业回答。
论文根据发动机制造前沿科技的最新研究成果,将汽油燃气机燃烧效率提升50%,逼近热效率极限的几种技术路线给予具体分析,结论是:可以让“燃气机”5年后依然还能大行其道。
论文分析:采用的技术分别是阿特金森循环,冷却式废气再循环(cooled EGR),低摩擦技术,长冲程气缸,稀薄燃烧技术以及高滚流技术。“具体来说,为了降低排气热损失,一个重要的方案就是使用长冲程气缸,为了照顾发动机转速,长冲程气缸最多使用到1.5倍的冲程缸径比。做好发动机基本结构之后,下一步就是做到超级稀薄加低温燃烧,而为了实现超级稀薄燃烧,则需要高滚流技术和高能量电火技术。考虑到实现高热效率常用的高压缩比(这里是13:1),为了降低因为高压缩比带来的爆震,冷却式废气再循环技术也需要被应用上去......在这些技术中,超级稀薄燃烧是对热效率提升的最高手段。”
论文要点:挖掘内燃机的潜力,首当其冲的是日本的丰田和本田2家车企和德国人,通过设计制造验证机,将压缩比提到17:1以上,空燃比提高到29以上,加上设计减薄活塞裙边厚度、热喷镀RSW涂层等降低磨擦系数的技术手段,实现超稀薄燃烧,将热效率提升10%,接近47.5%。
一、马自达创驰蓝天(SKAYCTIV-X)领跑超稀薄燃烧科技创新
其实,真正将燃油机热效率提高到极致的是日本“技术控”马自达,潜心钻究多年,“投资几十亿元研制”的马自达创驰蓝天(SKAYCTIV-X)发动机,以18:1的高压缩比,研制自吸汽油发动机火花塞点火控制压燃技术(SPCCI),完善高缸压稀薄燃烧。以火花塞点火产生的小膨胀火球加压,将空燃比大于20的稀薄混合气压爆,实现48%燃烧效率,领跑业界创新产业。
事实上,在超稀薄燃烧提升热效率的创新路上,精铠甲尝试“高缸压稀油气混合比点火压爆燃烧”的专利技术实践,早于马自达。
精铠甲科技的专利技术《一种提高发动机压缩效率节约燃油方法》(发明专利号201811546909.1),利用纳米科技产品对磨损金属表面的陶瓷化改性,重建自修复保护层,提高缸压,构建超过14:1等效压缩比的高缸压。在此基础上,通过对氧传器加装“进气调节环”的专利服务,升高输出信号电压,“欺骗”发动机ECU电控单元,减小喷油脉宽,完成点火压爆式稀薄燃烧。
恰巧以不同的技术路线,实现相同原理的燃烧方式,与创驰蓝天自吸汽油发动机火花塞点火控制压燃技术“异曲同工”。
所不同的,马自达是通过改变活塞连杆系统的设计制造,将冲程缸径比升高到1.5,极致压缩“上止点空间”,制造出有效压缩比高达18:1的高缸压。
国家级权威检测认证
而精铠甲却是通过陶瓷化改性金属表面的重建技术,在发动机润滑油加入“纳米黄金油”,走陶瓷化改性重建“复相类陶瓷金属保护层”的技术路线,以智能重建超耐磨、超光洁、超抗压、超低磨擦系数的陶瓷化改性保护层,让保护层磨擦副之间的配合间隙,远超现代机械加工的最高精度。创造有效压缩比超过14:1的高缸压。不改变发动机硬件和软件,简单完成让传统发动机获得独有的超高压缩效率的超稀薄燃烧。
值得强调的是,陶瓷化改性自修复后,类陶瓷金属表面没有润滑油的干磨擦系数,比原基体金属表面在油润化条件下的湿磨擦系数,还要低一个数量级。
因为改性后的无润滑条件下的干摩擦系数,降低到了有油润滑条件下湿磨擦系数的1%以下,极大提高缸套与活塞环之间、曲轴和瓦之间的光洁度,极好改善钢套的失锥度、失圆度和“拉缸磨痕”。结果是活塞与缸套之间气密性提高超过40%。
压缩比相同的发动机,经过陶瓷化改性重建,万倍级减小的磨擦损失,令气密性巨增,将缸压和气体压缩率提高40%~50%的贡献。最终让10.5:1压缩比的普通发动机,变成等效压缩比大于14:1的高缸压发动机。由此:
发动机在吸气冲程的吸气量和流速猛增,让吸入油气的滚流和缸内喘流加剧,缸内的油气混合更充分,更分层;
发动机在点火燃爆做功冲程的漏气减少,让燃爆气体对活塞推动做功增大,输出扭力增加40%以上;
发动机在排气冲程的废气排出速率更快,让废气流体的惯性增加,给随后吸气冲程的负压动力增加效益。
精铠甲对高缸压的积极贡献,在压缩冲程的“高缸压稀油气混合比点火压爆燃烧”过程中,一部分缸内稀薄混合气的体积是被“点火”的小火花燃烧,还有一部分体积是被“压爆”的爆炸燃烧,稀薄混合气被两种燃烧方式消耗掉的体积之比,随着陶瓷化改性的缸压升高,“压爆燃烧”的体积占比增大,做功随之增大。
相同压强的缸内混合气,因体积一定,压缩冲程的总能耗一定。但是输出动力却随着两种燃烧方式的占比多少而不同。
换句话说,因为火花塞点火的小火花,燃烧压力传播速度仅约17m/s,而不容易被点燃的稀油气被压爆燃烧时的压力传递速度是200~300m/s。所以,相同压强的稀薄混合气总体积虽然不变,因为燃烧方式不同,压爆燃烧产生的压力大,点火燃烧的火花产生的压力小。所以,两种不同燃烧方式体积的比例改变,燃烧产生的做功压力和输出动力必然随之改变,必然让单个爆炸冲程做功的大小改变。
显而易见,两种燃烧的比例,在向压爆方式增加的改变,必定将发动机的等效排气量加大,输出功率增加,燃烧更充分,油耗减少,排放降低,燃烧效率更提高。
精铠甲可以让老百姓不必再破费更换汽车,充分发挥家庭“重资产”的剩余价值,轻松享受“绿色能源出行”,继续乘驾心怡的“燃气机”大行其道。
“精铠甲”对地球有限资源的节约和再利用,对减少碳排放的贡献,在这里无须多言。
转发论文:
《内燃机的巨大提升,通向50%热效率之路》
速度周刊 2020-09-01 19:43:45
原文链接:https://www.toutiao.com/a6867483592617001483/
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