1970年,美國國會改寫了《清潔空氣法》:1975年車型的汽車,其一氧化碳與碳氫化合物的排放量必須比1970年車型減少90%,氮氧化物隨後跟進。底特律的對策是在引擎下游加裝硬體——使用當時新推出的無鉛汽油的觸媒轉化器。本田當時在日本汽車市場的占有率不到百分之五,需要對抗豐田與日產的優勢,因此把賭注押在引擎本身。它選擇了分層進氣(charge stratification),這是一個已有五十年歷史的構想,德士古、福特(PROCO)與柯蒂斯-萊特都曾研究過,卻從未量產出成功的產品。

CVCC在每個汽缸旁、火星塞周圍加裝一個小型預燃室,並配有自己的輔助進氣閥。約百分之五的混合氣——濃度為4:1的濃混合氣——位於該預燃室中;其餘百分之九十五則是主汽缸中濃度為20:1的稀薄混合氣。火星塞可靠地點燃濃混合氣的小區域,燃燒的火焰噴流穿過連接孔道,點燃稀薄混合氣,使其在膨脹行程中緩慢燃燒。較低的峰值溫度意味著產生極少的氮氧化物;漫長且富含氧氣的燃燒則意味著燃料真正燃燒完全,從而減少一氧化碳與碳氫化合物。

美國環保署於1972年對一輛CVCC本田車進行測試,測得一氧化碳為0.21–0.26 g/mile、碳氫化合物為1.96–2.57、氮氧化物為0.81——在沒有觸媒轉化器的情況下,符合1975年的法定限值。底特律提出反駁:福特於1973年1月向美國國家科學院表示,這些數據僅涵蓋輕型車輛,且CVCC無法擴展到大型V-8引擎;而福特與通用的工程師則聲稱該引擎多耗費25%的燃料,且動力減少25%。但這些數據依然成立,而本田最終成為那一代中唯一進入量產的分層進氣設計。

濃混合氣的預燃室點燃稀薄的主混合氣;無需觸媒轉化器

濃混合氣在火星塞處能可靠點燃,因此微小的預燃室就像火炬一樣,能夠點燃任何火星塞都無法引燃的、過於稀薄的主混合氣。

將燃燒延伸至膨脹行程可壓低氣體的峰值溫度,而峰值溫度正是產生氮氧化物的來源。

整體稀薄的混合氣在汽缸內留下多餘的氧氣,因此一氧化碳與碳氫化合物得以燃燒完全,而不是殘留到排氣閥。

這項修正中沒有任何消耗性材料:沒有鉑金、沒有無鉛燃料的基礎設施、沒有外加硬體——只有燃燒室幾何結構與兩種混合氣濃度。

當一項法規似乎強迫採用某種昂貴技術時,就從它所測量的物理原理著手。底特律購買了觸媒轉化器;本田重新安排了燃燒方式,並直接通過了法規。

福特估計將兩條引擎生產線改為CVCC將耗費1.5億與1.6億美元;由於已有數十億美元投入觸媒轉化器工廠,底特律選擇繼續使用觸媒轉化器,並轉而對抗這些標準。本田以非獨占的方式向其他製造商提供CVCC的技術知識——它在該引擎周圍擁有約280項專利——而CVCC Civic出廠時並未配備觸媒轉化器。這個構想比它的時代更長壽:預燃室點火如今再次成為稀薄燃燒低碳引擎的主流研究領域,而CVCC被公認為其先驅。

追溯依據

參考來源

  1. Honda motor company's CVCC engine US Department of Transportation via OSTI (Abernathy & Ronan) · osti.gov
  2. A review of the pre-chamber ignition system applied on future low-carbon spark ignition engines Renewable and Sustainable Energy Reviews, University of Bath portal · researchportal.bath.ac.uk ·