你走在街上，正好遇到一位美女低血糖暈倒，偏偏你手里正好拿著一大杯飲用水，又正好左褲兜放著一小袋白砂糖，更加正好的是右褲兜有一小罐早上剛?cè)芎玫臐馓菨{，但由于某種神秘力量現(xiàn)在你只能掏左右褲兜中的一個，那么請問：如何用最快的速度配出一杯糖水？

之前在講馬自達稀薄壓燃發(fā)動機技術(shù)（參見《汽油車努力起來，真沒電動爹什么事兒》）末尾，提到了豐田和本田看好副燃燒室（或稱預(yù)燃燒室，Pre Chamber）技術(shù)，一種簡單且低成本的高熱效率方案。

現(xiàn)在，第一臺配備預(yù)燃燒室的量產(chǎn)民用車發(fā)動機出現(xiàn)了，只不過離我們普通人還稍有一點點遠——來自瑪莎拉蒂的最新超跑發(fā)動機 Nettuno。

別急著走，雖然第一個吃螃蟹的是瑪莎，其實這是離普及化最近的一種高效內(nèi)燃機技術(shù)。

所謂預(yù)燃燒室，看上去其實很簡單：在傳統(tǒng)發(fā)動機火花塞的外面，套上一層帶孔金屬帽，這個金屬帽內(nèi)的狹小空間，就是所謂預(yù)燃燒室或副燃燒室。

正好，瑪莎拉蒂 Nettuno 這款發(fā)動機配有雙火花塞，其一是傳統(tǒng)配置方式在缸內(nèi)點火使用，其二則是用于預(yù)燃燒室點火，剛好可以用來對比展示預(yù)燃燒室結(jié)構(gòu)。下圖中，左側(cè)（氣缸中心）火花塞用于預(yù)燃燒室，下方形成了一個非常狹小的空間，與主燃燒室之間有數(shù)個小孔連通；右側(cè)（缸壁）火花塞正常布置，用于在無需使用預(yù)燃燒室的工況下直接在缸內(nèi)（主燃燒室）點火。

（瑪莎拉蒂 Nettuno 單個氣缸結(jié)構(gòu)剖面）

（預(yù)燃燒室；右邊斜著的是混合氣氣門）

預(yù)燃燒室的核心原理，其實就如同本文開頭的例子。

在傳統(tǒng)的氣缸火花塞布置下，氣缸頂部中心的火花塞點火形成電弧，電弧點燃空氣燃料混合氣形成火焰，火焰經(jīng)過一段時間的傳播，才會從火花塞位置擴散滿整個氣缸（燃燒室）。由于活塞始終是處于上下行往復運動中，所以燃燒過程的時間越短，燃燒所做的功對于下方活塞“向下推”的貢獻越大，對于燃料的利用率也就越高。高效高動力就是這么來的。

（傳統(tǒng)火花塞對比預(yù)燃燒室）

要讓燃燒過程更快、時間更短，預(yù)燃燒室的基本思路是：部分燃料空氣混合氣先在預(yù)燃燒室內(nèi)，由火花塞電弧點出一股火焰，預(yù)燃燒室內(nèi)的火焰經(jīng)金屬帽上小孔，形成多股高能火焰進入主燃燒室。主燃燒室內(nèi)的燃料混合氣，是直接由小孔冒出的多股已成形火焰點燃，于是燃燒迅速擴散。

就好比糖漿溶于水要快于糖塊溶于水，預(yù)燃燒室小孔涌出的火焰能量遠高于火花塞電弧。傳統(tǒng)的火花塞點火是以電弧形成初始火焰、再靠這單點擴散到整個燃燒室，而預(yù)燃燒室從多個小孔冒出的多股火焰要快得多。

下圖是一家德國預(yù)燃燒室供應(yīng)商 IAV 公布的對比圖，預(yù)燃燒室的能量峰值更高、釋放時間更短、能量釋放過程更為集中。

類似的圖形，你在馬自達 Skyactiv-X稀薄壓燃技術(shù)解讀中也會看到。

馬自達的策略是效仿柴油機，靠極高壓縮能量而非火花塞點火，高溫高壓下燃燒室內(nèi)多點自發(fā)性點燃，追求的是同樣的效果，異曲同工。

（IAV 的對比圖，橫向時間，縱向能量釋放）

還沒完。更快的燃燒速度不止意味著更高效率，還會帶來更多的可能。

首先是對于爆震的抑制作用，帶有預(yù)燃燒室的發(fā)動機可以進一步提高壓縮比，從而增加扭矩輸出或者提高熱效率。

以前講 Skyactiv-X 時講過，爆震就是燃燒室內(nèi)不受控制的意外燃燒，本來是由里到外逐步點燃，還沒到你你就提前燃了，就好像一隊人在拔河你突然反方向推一把，會對發(fā)動機造成嚴重損傷。

我們知道壓縮比越大，扭矩和熱效率都會更好，但更高的壓縮比會增加爆震風險，這是提升壓縮比的最大阻礙。

（右：爆震即不依規(guī)律的意外點燃）

預(yù)燃燒室使得燃燒過程變得更加迅速，處于主燃燒室邊緣遠離火焰的部分，處于高溫高壓但未點燃狀態(tài)下的時間更短，發(fā)生爆震的幾率就降了下來。有了更高的壓縮比為基礎(chǔ)，廠商手頭用于分配發(fā)動機各項表現(xiàn)的“籌碼”更多了。

瑪莎拉蒂這臺新引擎，雖然被官方稱為多年來第一臺 100% 自研發(fā)動機，但實際上基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)仍然是法拉利 F154 六缸版本，即阿爾法·羅密歐 Giulia 四葉草版上那臺。但瑪莎拉蒂 Nettuno 的基礎(chǔ)壓縮比高達 11:1，而法拉利 F154 各個版本的壓縮比不過 9.3~9.6，很大程度上是預(yù)燃燒室的功勞。

11:1 的高壓縮比帶來了 730N·m 的峰值扭矩，比阿爾法·羅密歐上那臺同宗的 V6 高了足足 100N·m。而對于渦輪增壓引擎，更高壓縮比帶來更高的天然扭矩，達到同樣動力水平所需的渦輪增壓值更小，相應(yīng)的渦輪遲滯就更小，這對于追求性能體驗的超級跑車非常重要。

如果你對動力數(shù)字還不感冒，更重要的是預(yù)燃燒室是一種性價比極高的稀薄燃燒方案。所謂稀薄燃燒，在介紹馬自達 Skyactiv-X時已有介紹，簡單講就是空氣/燃料比大于 14.7:1。這個比值是空氣與汽油燃燒化學當量計算下來的理想配比，但以往因為這樣那樣的原因無法實現(xiàn)，必須是燃油過量，自然熱效率上不去。要想讓 1 份燃油能與 14.7 份甚至更多的空氣發(fā)生燃燒，需要對發(fā)動機進行特殊的設(shè)計處理。馬自達 Skyactiv-X 之所以讓人驚嘆，一是實現(xiàn)了汽油壓燃，二是實現(xiàn)了稀薄燃燒。

預(yù)燃燒室實現(xiàn)稀燃，還是受益于多股高能火焰射流取代了火花塞電弧，主燃燒室內(nèi)燃油空氣混合氣“更容易”被點燃。以往火花塞點火，如果燃燒室內(nèi)的空燃比過大，即空氣占比過多、燃油占比過小，燃燒便無法擴散開來，導致發(fā)動機無法繼續(xù)工作。而在使用了預(yù)燃燒室后，主燃燒室內(nèi)可以在空氣過量超 2 倍（空氣過量系數(shù) ≥2）的情況下被正常引燃，相當于曲線救國實現(xiàn)稀燃。

（IAV）

比起馬自達稀薄壓燃技術(shù)，預(yù)燃燒室對于發(fā)動機整體結(jié)構(gòu)和原理沒有大的改變，不像Skyactiv-X 那樣幾乎推倒重來。更重要的是，預(yù)燃燒室的硬件成本極低。供應(yīng)商 IAV 給出的報價，常見的直列四缸發(fā)動機只需增加 20~30 歐元，這比馬自達歷時數(shù)年鉆研 Skyactiv-X 劃算太多。所以，預(yù)燃燒室技術(shù)被廣泛看好作為下一步普及型的高熱效率稀燃方案。

然而這一切和本田又有什么關(guān)系呢？

首先必須說明，預(yù)燃燒室本身并不是一項新技術(shù)，之前它已經(jīng)在靜止大型內(nèi)燃機上應(yīng)用了幾十年，用于快速點燃這些龐然大物的巨大燃燒室。

只是用于乘用車，預(yù)燃燒室還是新鮮事，需要車廠解決很多車載獨有的問題。而在汽車領(lǐng)域，上世紀 70 年代曾出現(xiàn)過一種高度類似的發(fā)動機技術(shù)：本田 CVCC。

（CVCC：氣缸左上角即副燃燒室）

1970 年美國通過了《馬斯基法案》，定出了一個幾乎不可能的減排目標，引發(fā)美國車企一片哀嚎和抗議。

然而當 1972 年法案正式生效，當時剛剛開始造車沒幾年的本田，以它的第一代 Civic——對，就是今天那個“三輛同時出現(xiàn)等于飆車”的本田思域——成為了當時唯一滿足新法案的車型。

第一代思域和它的 CVCC 技術(shù)，是本田在美國市場乃至整個汽車行業(yè)站穩(wěn)腳的基礎(chǔ)。

看上去 CVCC 就和今天的預(yù)燃燒室技術(shù)很相似，本田也是在火花塞上套了一個金屬隔板隔出一個副燃燒室，先讓燃料空氣混合氣在副燃燒室內(nèi)點燃形成火焰，再用火焰去點燃主燃燒室內(nèi)的稀薄混合氣，達到減少噴油量大幅減排的效果。CVCC 用一種純機械分割的原始方式，實現(xiàn)了幾十年后奧迪 FSI 那樣基于缸內(nèi)直噴的分層燃燒效果。

后者靠的是 CFD 計算機流體力學輔助設(shè)計加上高度精確的電子噴油，前者堪稱是化油器時代的 FSI。

CVCC 誕生在電噴尚未應(yīng)用的時代，更不要說今天的缸內(nèi)直噴，發(fā)動機燃油是由化油器霧化后噴入進氣歧管再進入氣缸（燃燒室）。

這意味著對于燃油的利用效率和精度控制都很低下，不采用 CVCC 這樣的非常手段，要滿足苛刻的《馬斯基法案》實在太難。

所以后來當本田的電噴技術(shù)PGM-FI 誕生，汽油機進入電噴時代，CVCC 便逐漸退出了歷史舞臺。

今天的預(yù)燃燒室技術(shù)，同樣是節(jié)能減排與性能提升雙重壓榨下的結(jié)果。在被瑪莎拉蒂用于超跑發(fā)動機之前，它已經(jīng)在 F1 一級方程式賽車上應(yīng)用多年。法拉利的預(yù)燃燒室來自供應(yīng)商德國 Mahle，本田曾聲稱其 F1 動力系統(tǒng)借此熱效率超過 45%。幾家 F1 引擎制造商，法拉利、本田、奔馳，都有計劃將預(yù)燃燒室技術(shù)下放到民用車。

法拉利今年公布的一項專利，披露了這家頂級超跑廠商正計劃在民用 V12 引擎上，搭載與 F1 類似的主動版預(yù)燃燒室。大排量 V12 引擎對于法拉利來講意義非凡，預(yù)燃燒室上身，顯然是為了盡可能在滿足排放法規(guī)的前提下，保留住 V12 引擎的最后血脈。

（法拉利帶預(yù)燃燒室的 V12 專利圖）

與當年 CVCC 不同的是，今天的預(yù)燃燒室技術(shù)，是在高度精確化的計算與設(shè)計下，在內(nèi)燃機理論更成熟的環(huán)境下問世的。主燃燒室的稀薄環(huán)境受到精確控制，成本更高的主動預(yù)燃燒室方案可以實現(xiàn)超稀薄燃燒，并在高負荷時主動調(diào)整空燃比，以避免氮化物排放爆發(fā)；主副燃燒室間的開孔位置、尺寸、形狀，都進過 CFD 計算優(yōu)化得到；副燃燒室被用于控制爆震，幫助提高壓縮比，以達成高輸出或高熱效。

據(jù)德國 IAV 給出的數(shù)據(jù)，其主動版方案可以實現(xiàn) 7~8% 的二氧化碳減排，更簡單廉價的被動版方案也能夠減少 2~3% 的二氧化碳排放。對比一下預(yù)燃燒室技術(shù)的投入和成本，和未來汽車排放逐年遞增的邊際壓力，這個減排效果稱得上誘人。

所以，雖然第一個吃螃蟹的是瑪莎拉蒂，但預(yù)燃燒室其實是一項頗具親民色彩的高效減排方案。由于定位原因，瑪莎拉蒂這款新引擎并沒有將預(yù)燃燒室的全部功用放在減排，依然輕松滿足歐六 D、國六 B 這樣嚴苛的法規(guī)要求。本田、豐田、日產(chǎn)這些仍將內(nèi)燃機視為未來動力體系一部分的廠商，早已投入到預(yù)燃燒室的量產(chǎn)化工作中。技術(shù)其實已經(jīng)在手，真正投入市場，只是等待環(huán)境何時到達必需的程度罷了。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的50年前的本田思域：拯救今天的国六B？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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