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霧霾預警信息頻繁在手機上推送，帶著口罩的眼睛憂心忡忡，航班大面積延誤或取消...似乎每年冬天來臨時，霧霾天氣已經(jīng)成為很多地區(qū)的常態(tài)。我們知道，汽車尾氣被列入造成霧霾的黑名單，排放法規(guī)也面臨逐步升級。車企真的會對這些充耳不聞，置之不理嗎？其實目前很多車企都有成熟的技術(shù)來控制發(fā)動機排放。讓我們談談那些可以改善煙霧的汽油發(fā)動機技術(shù)。

●缸內(nèi)直噴發(fā)動機存在短板。

霧霾天氣有很多原因。毫無疑問，工業(yè)污染和燃煤是主要原因，汽車尾氣也是分不開的。前一篇文章《霧霾和積碳的罪魁（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）禍首？針對直噴發(fā)動機的缺點，討論了傳統(tǒng)動力汽車缸內(nèi)直噴技術(shù)對霧霾的影響。與歧管噴射相比，缸內(nèi)直噴使發(fā)動機更容易產(chǎn)生PM2.5顆粒物排放，對霧霾影響更大。

由于缸內(nèi)直噴發(fā)動機的空燃混合氣混合時間短，缸內(nèi)燃燒方式多為擴散燃燒，即燃料同時混合燃燒，容易導致缸壁和缸角局部混合不均勻，以及高溫缺氧區(qū)域，產(chǎn)生大量顆粒。值得注意的是，在冷啟動和大負荷工況下，發(fā)動機也容易造成顆粒物排放增加。

●豐田和大眾是如何減少顆粒物排放的？

2021年，豐田將歧管噴射和缸內(nèi)直噴相結(jié)合的D-4S混合噴射系統(tǒng)應用于代號為2GR-FSE的3.5L汽油發(fā)動機，有效改善了低負荷工況下嚴重的顆粒物排放。2021年首次搭載在美國雷克薩斯GS（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）350上，2021年搭載在雷克薩斯IS（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）350上。隨后，這款在當時堪稱“黑科技”的發(fā)動機，在2021年至2021年連續(xù)四年獲得沃德十佳發(fā)動機獎。

前面我們說過，缸內(nèi)直噴發(fā)動機更容易產(chǎn)生顆粒物，促使霧霾的產(chǎn)生，而歧管噴射技術(shù)在提高燃油效率方面不如缸內(nèi)直噴技術(shù)，那么如何“有你的蛋糕就吃你的”？智能汽車公司已經(jīng)將兩者結(jié)合起來，開發(fā)了缸內(nèi)直噴和歧管噴射的混合噴射系統(tǒng)。

目前豐田也全面應用了D-4S混動噴射系統(tǒng)，比如豐田漢蘭達（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、皇冠（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）和大部分雷克薩斯車型，甚至豐田和斯巴魯合作研發(fā)豐田86（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）和斯巴魯BRZ（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）。

豐田的2.0T發(fā)動機代號為8AR-FTS，搭載了一系列目前主流的技術(shù)。它不僅應用了混合噴射系統(tǒng)，還采用了鋁合金缸體，發(fā)動機排氣歧管集成在缸蓋上，水冷中冷器用于冷卻增壓空氣體。發(fā)動機還可以實現(xiàn)奧托循環(huán)和阿特金森循環(huán)等。

【FA20發(fā)動機混合噴射系統(tǒng)顯示視頻如下】

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混合燃油噴射系統(tǒng)并不是豐田獨有的技術(shù)，大眾也有類似技術(shù)的量產(chǎn)發(fā)動機。比如大眾邁騰（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、帕薩特（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）、奧迪A4、Q7上的第三代EA888 2.0T發(fā)動機也有歧管噴射和缸內(nèi)直噴。

目前，不同噴射方式在不同時間切換的混合噴射系統(tǒng)是平衡動力性和燃油效率，解決直噴發(fā)動機排放劣勢比的較為完善的方案。然而，它也有缺點。缸內(nèi)和進氣歧管內(nèi)噴射燃油所需的噴油壓力差別很大，所以具有混合噴射能力的發(fā)動機必須有兩套供油系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)和軟件標定復雜。

目前柴油機的排氣微粒捕集器相當普遍，但在汽油機上還沒有得到廣泛應用。此前，盡管缸內(nèi)直噴發(fā)動機越來越受歡迎，但由于成本壓力和排放標準，汽車公司并不想普及GPF。如今，環(huán)境問題越來越嚴重，排放標準也在不斷提高。用GPF裝備汽油發(fā)動機似乎勢在必行。

早在兩年前，奔馳就意識到缸內(nèi)直噴發(fā)動機的排放弊端，并透露已經(jīng)開始研發(fā)帶有排氣微粒捕集器GPF的發(fā)動機，并正在奔馳S500上做相關(guān)實驗。我們知道佛吉亞是與奔馳關(guān)系密切的供應商之一，可以推測奔馳的這一研發(fā)計劃顯然與佛吉亞有一定的關(guān)系。

新一輪更嚴格的歐洲排放法規(guī)將于2021年實施，各種因素迫使歐洲車企更加關(guān)注排放問題。作為汽車的發(fā)明者和老牌的德國汽車制造商，可以說梅賽德斯-奔馳推動GPF在汽油發(fā)動機中的使用是順應未來趨勢的一種方式。

●減少氮氧化物排放的發(fā)動機技術(shù)

眾所周知，除了顆粒物，氮氧化物也是造成霧霾的因素之一。對于氮氧化物的排放控制，其實車企已經(jīng)有了成熟的技術(shù)方案——尾氣回收技術(shù)。

廢氣再循環(huán)，將適量的廢氣從排氣管分流到進氣歧管，帶著新鮮的空氣體進入氣缸再次參與燃燒過程，俗稱“再嚼剩菜”，使混合氣燃燒更充分，減少氮氧化物的產(chǎn)生，降低發(fā)動機排放。

EGR不是一項新技術(shù)。它最早出現(xiàn)在柴油發(fā)動機中，多年來一直用于汽油發(fā)動機。早期的EGR系統(tǒng)將高溫廢氣直接轉(zhuǎn)移到氣缸中參與燃燒，無需冷卻。雖然可以降低發(fā)動機排放，但存在氣缸溫度過高而增加爆燃的風險。目前水冷EGR系統(tǒng)已經(jīng)成為主流，廢氣在進入進氣歧管之前會經(jīng)過散熱器冷卻，改善了因進氣溫度過高和氣缸溫度過高而導致的爆燃問題。

目前，采用EGR廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)動機不在少數(shù)，不僅是合資品牌，長安、奇瑞、比亞迪等中國品牌也有不少采用該技術(shù)的發(fā)動機。當然，最常見的是柴油發(fā)動機。值得一提的是，EGR不僅可以有效降低發(fā)動機的氮氧化物排放，還可以提高發(fā)動機在一定負載條件下的燃油效率。例如，第四代在普銳斯（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）1.8升2ZR-FXE發(fā)動機上使用了EGR系統(tǒng)，這幫助這臺汽油發(fā)動機實現(xiàn)了前所未有的40%的燃油效率。

●提高燃油效率意味著減少排放。

發(fā)動機氣缸內(nèi)工作的每一滴燃油都會產(chǎn)生一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、二氧化硫和顆粒物等。也就是說，如果每一滴燃油都做更多的工作，那么提高發(fā)動機的燃油效率就意味著減少排放。有許多技術(shù)可以提高發(fā)動機的燃油效率。先說說主流的阿特金森循環(huán)技術(shù)和集成排氣歧管設計。

目前，包括本田、豐田、大眾、通用、福特等在內(nèi)的許多制造商都在其發(fā)動機上采用了集成排氣歧管的設計。接下來我們以大眾第三代EA888 2.0T發(fā)動機為例。它集成了氣缸蓋上的排氣歧管。一方面，它可以利用排氣歧管的溫度來加熱冷卻液，使冷卻液快速達到工作溫度，減少預熱時間。這不僅可以提高燃燒效率，還可以在一定程度上減少有害氣體的排放。另一方面，冷卻流體還可以冷卻排氣歧管中的排氣，使得排氣可以以較低的溫度流向渦輪，從而實現(xiàn)較高的增壓效率。

對于降低排放，集成排氣歧管在發(fā)動機冷啟動狀態(tài)下的貢獻尤為明顯。我們知道，在冷啟動狀態(tài)下，發(fā)動機氣缸的燃燒室溫度較低，還沒有達到正常溫度，所以混合氣容易發(fā)生不完全燃燒，導致大量未燃碳氫化合物的排出，影響空氣體質(zhì)量。此外，在冷啟動狀態(tài)下，用于尾氣催化還原的三元催化轉(zhuǎn)化器沒有達到最佳溫度，對一氧化碳、碳氫化合物和氮氧化物的處理效果明顯不足，縱容了有害氣體的排放。

豐田漢蘭達和皇冠的2.0T發(fā)動機不僅集成了排氣歧管和水冷中冷器，還擁有大眾EA888沒有的一項技能——阿特金森循環(huán)技術(shù)，利用進排氣側(cè)的VVT調(diào)節(jié)器控制進排氣門，模擬阿特金森循環(huán)工況，燃油經(jīng)濟性突出。

除了阿特金森循環(huán)技術(shù)之外，提高發(fā)動機燃油效率的方法其實還有很多，比如優(yōu)化發(fā)動機熱管理系統(tǒng)、提高渦輪增壓性能、降低發(fā)動機摩擦損失等等。但最重要的是從根本上解決尾氣排放問題，這是改善霧霾天氣最直接的方法。

總結(jié):

雖然汽油發(fā)動機在這場動力與排放的平衡之戰(zhàn)中竭盡全力實現(xiàn)自我救贖，但無論是大眾還是三菱，排放造假新聞的曝光都在不斷打擊人們對傳統(tǒng)動力的信心。再加上大眾“2030年要上內(nèi)燃機”的計劃，或許內(nèi)燃機注定前途黯淡，但不管怎么說，汽油發(fā)動機仍是現(xiàn)階段市場的主角，也有義務為環(huán)境做出一些有效的改變。

不可否認，雖然與工業(yè)污染和燃煤污染相比，汽車發(fā)動機尾氣對霧霾的影響較小，但仍然是不可分割的一部分?；谀茉唇Y(jié)構(gòu)等環(huán)境，傳統(tǒng)發(fā)動機仍是不可拋棄的車輛動力源。因此，發(fā)動機只能嘗試通過更新自身技術(shù)來改善這種污染狀態(tài)，如混合噴射系統(tǒng)、排氣微粒捕集器、廢氣再循環(huán)和廢氣后處理裝置等。，可以有效降低發(fā)動機對霧霾的貢獻。其中有些技術(shù)還沒有在乘用車的汽油發(fā)動機上得到廣泛應用，所以在今天，我們對霧霾天氣的厭惡可以轉(zhuǎn)化為對這些技術(shù)普及的期待。