德国宝马(BMW)通过为日本市场销售的“1系车”及“3系车”配备稀薄燃烧发动机,提高了车辆的10·15模式燃效。3系轿车的6速自动变速箱款配备原来的2.0L自然吸气发动机时,燃效为12.0km/L,此次则提高了27%,达到15.2km/L。
宝马2006年开发的直列6缸涡轮发动机采用了名为“喷雾引导(Spray-guided)直喷”的方式,并且已配备在3系等车型上。该发动机按照理论空燃比运转,此次以该发动机采用的喷嘴及燃烧室设计为基础,实现了稀薄燃烧功能,此次将这种设计应用在了2.0L排量直列4缸发动机“N43”型及3.0L排量直列6缸发动机“N53”型上。
发动机的分解样机
汽缸盖顶部配置有喷嘴,其旁边装有火花塞。估计稀薄燃烧时的空燃比为60左右。 燃烧室的基本原理与喷雾引导直喷方式相同。利用2006年开发的喷嘴呈圆锥状喷射燃料,并在其圆锥状燃料分布区侧面配置火花塞(图)。普通喷嘴在顶端部设有多个喷射燃料的圆形喷射口,从该处呈直线形喷射燃料。而新喷嘴则采用与吸排气阀相同的提升阀(阀体沿直角方向移动离开阀座座面的形式),以压电元件直接按压阀门,在顶端部生成环状间隙(图)。由于不经由圆形喷射口,而是从该间隙直接喷射燃料,因此可实现圆锥状喷射。
压电式喷嘴的构造
以中央的压电元件按压提升阀时,会生成圆周状间隙并喷射燃料。喷射压力为5~20MPa。 宝马表示,即使在活塞上行的压缩冲程中,缸内压力升高,呈圆锥状喷射的燃料也不易改变喷射形状。另外,由于可沿着圆锥状燃料喷射区形成空气漩涡,因此可生成环状的浓燃料区(图)。据宝马介绍,尽管稀薄燃焼时整体空燃比较低,点火比较困难,但此次通过在环状浓燃烧区附近配置火花塞,实现了稳定点火。
喷射燃料时的情形
利用提升阀的喷嘴呈圆锥状喷射。可在圆锥周围形成漩涡,形成燃料较浓的环状区域。 宝马称,普通进气口喷射4阀发动机不带可变阀门正时机构以及可变阀门提升机构时,发动机的热效率为23%左右,而此次的新发动机可达到30%左右。
实现稀薄燃烧功能后,NOx(氮氧化物)的排放量增加,因此此次使用了NOx吸附还原催化剂。宝马为了在保持8万km耐久性的同时符合日本等国的规定,还改进了催化剂。另外,要对NOx进行还原,还需要具备为生成还原剂H2及CO(一氧化碳)而向催化剂系统供应HC(碳化氢)的再生模式。此次的发动机由喷嘴提供HC。
配备4缸发动机的车型还采用了电动助力转向系统,6速手动变速箱款则采用了怠速机构。(记者:林 达彦)
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