解决方案
1970年,美国国会重写了《清洁空气法》:1975年款汽车的碳氢化合物和一氧化碳排放须比1970年款减少90%,氮氧化物随后跟进。底特律的答案是加装在发动机下游的硬件——使用新无铅汽油的催化转化器。本田当时在日本汽车市场份额不足5%,需要对抗丰田和日产的筹码,于是押注发动机本身。它选择了分层充气,这个已有五十年历史的构想曾被德士古、福特(PROCO)和柯蒂斯-莱特研究过,但从未量产成功。
CVCC在每个气缸旁、火花塞周围增加了一个小型预燃烧室,并配有独立的辅助进气门。约5%的混合气——浓混合气,比例4:1——位于预燃烧室中;其余95%是主气缸中的稀混合气,比例20:1。火花可靠地点燃浓混合气小室,燃烧射流通过连接孔喷出,点燃稀混合气,后者在膨胀冲程中缓慢燃烧。峰值温度低意味着氮氧化物很少;漫长、富氧的燃烧意味着燃料真正燃尽,减少了CO和HC。
EPA在1972年对CVCC本田的测试测得CO为0.21–0.26克/英里,HC为1.96–2.57,NOx为0.81——在没有催化转化器的情况下处于1975年法定限值之内。底特律提出反驳:福特于1973年1月告诉美国国家科学院,数据仅涵盖轻型车辆,CVCC无法扩展到大排量V-8发动机,而福特和通用工程师声称该发动机多耗油25%、功率低25%。但数据站得住脚,而本田最终成为那一代唯一投入量产的分层充气设计。
取得了什么成就
浓混合气预燃烧室点燃稀混合气主充气;无需催化转化器
为何有效
浓混合气在火花塞处可靠点燃,因此微小的预燃烧室充当火炬,能够点燃任何火花塞都无法点燃的过稀主充气。
将燃烧延伸至膨胀冲程可降低峰值气体温度,而峰值温度正是产生氮氧化物的原因。
整体稀混合气在气缸中留下过量氧气,因此CO和碳氢化合物得以燃尽,而不是残存到排气门。
解决方案中没有任何消耗品:没有铂,没有无铅燃料基础设施,没有加装硬件——只有燃烧室几何形状和两种混合气浓度。
可以应用什么
当一项规则似乎强制要求一种昂贵技术时,攻击它所测量的物理原理。底特律购买了催化转化器;本田重新安排了燃烧,并直接通过。
后续
福特估计将两条发动机生产线转换为CVCC将耗资1.5亿和1.6亿美元;由于已向催化转化器工厂投入数十亿美元,底特律坚持使用催化转化器,并转而对抗标准。本田以非排他性方式向其他制造商提供CVCC技术——它围绕该发动机拥有约280项专利——而CVCC思域出厂时没有催化转化器。这一构想超越了它的时代:预燃烧室点火再次成为稀薄燃烧低碳发动机的主流研究领域,而CVCC被公认为其先驱。
从这里,追溯依据
参考来源
- Honda motor company's CVCC engine US Department of Transportation via OSTI (Abernathy & Ronan) · osti.gov
- 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 ·