大排量发动机的未来——副燃烧室技术

[懂车老王]我们今天的主题——副燃烧室技术（Pre-Chamber Tec）

在风驰电掣的一级方程式赛场上，这项技术在F1领域的应用最早可追溯到2015年加拿大站法拉利车队，16年被雷诺车队使用，17年本田车队也开始使用，同时这项技术也被称为”湍流喷射点火”。

这种技术一般在燃烧室顶部上方设置有一个倒锥形的副燃烧室，里面麻雀虽小五脏俱全，火花塞和喷油嘴都有一般工况下，火花塞区域内即将点火之前，会将极少量燃料注入预燃烧室，然后预燃烧室内的火花塞点火，在这个锥形体内爆燃，通过多个小孔将火焰传递到主燃烧室。

这样做有几个好处

首先，副燃烧室这个设定能最大限度减小热损失。怎么理解？副燃烧室容积很小，只有主燃烧室的2%，由于热效率的大小也和燃烧室的体积与表面积之比有关系，把燃烧室也想象成一个球体，那么体积与表面积的比值，将是一个以半径为变量的函数，而燃烧室半径越大热效率越低，这也是设置副燃烧室的基本方法论。

第二，也是最关键的，主副燃烧室中间设置的小孔，在传递过程中能够向四周喷射，把火焰以球体的方式射向6个方向的主燃烧室尽头，在这个瞬间达到多点同时爆燃，改善燃烧的效果，所以被称为湍流或射流点火技术，这项技术实际上还是用到了最基础的均质稀薄燃烧概念，只不过这种稀薄燃烧在法拉利的发动机中是以这种射流方式在主燃烧室中进行的，而相比之下马自达SPCCI的技术，就是在压燃的瞬间用火花塞辅助造成多点同时爆燃的现象，异曲同工。

因为稀薄燃烧理论上多点同时爆燃效率才会更高，而如果无法做到稀薄混合气状态下的均匀点火，就会带来爆震。那么有了这个副燃烧室就解决了稀薄燃烧过程中，火花塞高压电弧点燃火焰这么一个相对冗长的过程，喷入燃烧室的是已经点燃好的火球，能大量减少火焰的传递时间，快速达到均质稀燃的效果。

还有一个有意思的点，在法拉利使用这项技术之前，排气尾管都有一层红色铁锈状的东西，很多人不知道是什么，实际上F1发动机相对普通汽车发动机来讲，一直都属于稀薄燃烧的状态，所以会在燃油中加入铁基体抗爆剂，这个红色沉积物，是添加剂中的二茂铁化合物，分子式简写是这个——Fe(C5H5)2

那么有了这套副燃烧室技术，法拉利的发动机能够更好地抑制爆震，少用抗爆剂，同时副燃烧室会让抗爆剂燃烧后辛酸刺鼻的味道少一些。除F1外，法拉利量产车中的V12发动机未来也会加入这项技术，在不使用48V混动的情况下，顺利通过排放法规。

说到这，有人可能说法拉利太厉害了，但有的人也会指出，本田其实早就已经有了类似技术，而且当时搭载在了思域这台车上，这就是大名鼎鼎的CVCC技术。先不谈这种说法对不对，我们先看看CVCC技术是什么？

时间回到上世纪七十年代，那时本田宗一郎不满足制造摩托，想进军汽车业，可时间不巧，刚开始就遇到石油危机，加上美国历史上最严酷的玛吉斯法案，法案规定75年以后，美国上市销售的汽车污染物排放，要达到1970年那会儿的1/10，就好像今天还是国2呢，明天就立刻要变成国6b，这找谁说理去？美国国会当时就骂声一片，但没办法，法案就在那里摆着，无论后来是否真正准时实施了，都给当时的汽车的设计造成了巨大的震慑，也代表了美国未来的一个内燃机愿景，而日本国内也受到美国的影响，美国有了玛吉斯法案，日本也非常迅速地照猫画虎制定了一个类似的。

本田当时体量很小，本田宗一郎听到法案颁布气的直跺脚，但没办法，企业就是在国家政策夹缝中生存的，当时很多人就跟他建议，应该在排放上下文章，为什么？因为当时还没有三元催化，化油器污染很大，如果加入废气再循环系统，能够在短时间解决问题，就像现在国六B颁布后很多车企做的那样。但本田宗一郎比较耿直，他坚信，排放污染的根本原因是不完全燃烧，应该从根源下手，直接把问题解决在燃烧室中，而不是治标不治本的加EGR(GPF)。

最终证明本田宗一郎是对的，因为后期80年代本田发动机的升功率一直碾压其他品牌并且一劳永逸，我们现在回过头来看也不难发现，此类决断一般都是作为技术出身一把手才能干出来的，之前有一期我们讲了马斯克，为什么特斯拉发展这么快，因为没有大公司病，本田当年也是，由一把手牵头，能够从上到下解决工程上最后一公里的问题。

当时本田宗一郎带着一批负责F1赛事的工程师组建的临时团队，在三个月内就搞出了CVCC技术，第一个满足了排放。我们来看看CVCC内部结构，它其实是一个双腔燃烧室，左侧的Pre-Chamber就是预燃烧室，里面也有一整套完整的喷油进气系统。

CVCC(全称 Compound Vortex Controlled Combustion) 复合涡流控制燃烧” 也就是说，这套系统在没有电喷的时代，用化油器搞定了分层燃烧并运用在了1970年版本的Civic也就是思域的车上。

其实这项技术 上很多媒体讲过了，大概翻了一下，千篇一律都在讲如今法拉利这项技术是在使用本田当年的CVCC作为蓝本开发，但实际上并不是这样的。首先，法拉利使用的这项技术的特点是多方向均匀射流来点燃稀薄混合气，这是本田CVCC没有的，其次，本田只是根据燃烧室设置了隔板将燃烧隔绝，更强调富氧燃烧状态，法拉利在两燃烧室的隔板加工上花了不少功夫，包括喷射方向、压力、火焰尖峰到达气缸壁尽头的速度等等，而本田CVCC当时更多地为了优化涡流以达到分层燃烧。对了还要补充说明一下，这项技术是来自法拉利的著名供应商马勒公司，作为法拉利的一级供应商，马勒这个副燃烧室射流技术，科技含量要高得多。为什么这么说？因为CFD技术的发展使Mahle能够将副燃烧室概念带入一个新的水平。

CFD，全称、Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学，近代流体力学、数学建模和计算机结合的产物，是一门具有强大生命力的交叉学科。之前节目里有人问老王，发动机活塞顶部的凸起纹路是如何设计的？在这里告诉大家，在CFD出现之前完全凭经验、手算和样机，如果实验失败就会拉缸或者爆缸，而有了CFD就可以在计算机中建模，来优化发动机燃烧室内部的燃烧形态，从而高效且低成本地完成实验，并不需要制造大量的试验机。

《美国汽车工业的竞争地位影响力研究》这本书中也佐证了老王的观点

书中提到，本田的想法一开始只是借鉴了50年代后期的前苏联Nilov发动机，这个发动机的形态老王也查到了，和本田的CVCC对比一下大家有没有发现神似之处？

当然Nilov发动机的开发，更多得是为了点燃前苏联精炼比较差的燃油，而并不是减少排放，另外克莱斯勒也测试过一款副燃烧室发动机，被称为亨氏发动机，但并未投入量产，如果说站在今天这个角度评价CVCC，我们应该惊叹的是当年这项技术落地的速度，毕竟年代所限，黑科技再黑也脱离不了时代，对于这种技术我们总不能说1950年前苏联在T34-85坦克上实现的技术，2020年我们终于有可能用在法拉利下一代的812 Superfast上了吧！所以，还是那句话，不要人云亦云，要独立思考。

近几年在F1赛场上发力的这项技术可以说一直被马勒公司把持在手里，而且根据法拉利2020年提交的专利来看，这项技术在不远的将来极有可能被马勒这家供应商下放到民用V12，紧接着就是V8、直6甚至四缸发动机上面。

马勒这家公司很多人印象并不深刻，但凡是在汽车行业干过的人听到这个名字都如雷贯耳，首先这家公司是法拉利F1的长期合作伙伴，技术供应商加智囊。就是这家公司为法拉利一级方程式的技术做着不断贡献，有的人说了，F1距离普通用户太远，那么当你打开马勒中国的官 你会发现，从发动机的活塞环、连杆、轴瓦，到冷却系统和汽车电子，从燃油共轨到机油管理，从乘用车到商用车，凡是跟动力总成沾边的都有涉足，而且你要是搞汽修的如果没听过马勒压缩机那说明你只修过日系车，在德系或者中国品牌中，马勒公司和博世、康明斯、加特可、法雷奥、德尔福等等一并都被称为主机厂的一级供应商，这是个什么概念？

他们是行业的隐形冠军，主机厂某些时候只能从他们手上拿件，虽是乙方但有时比甲方还牛，利润率往往比汽车品牌高得多，因为说白了车的零件是他们给的，调教也是他们做的，主机厂只是负责核心零件的生产和最后的总装。我曾经问马勒的人说你们怎么不自己造车呢？对方回答说，造车利润低，责任还大动不动就召回，还得搞那么多C端广告没必要。做供应商利润丰厚转型还快，到今年为止，马勒公司已经成立了100周年，现任马勒CEO J?rg Stratmann博士,说下个100年,马勒将重新塑造出行市场。

这是多大的口气，通过调查马勒公司的产品线我也发现，这种公司就是我们平时说的那个所谓灵活的胖子，刚才我们讲了高性能发动机的副燃烧室是他搞的，但你会发现用于供应德系走量的48V微混他也在搞，一面为内燃机不死摇旗呐喊，另一面转型混动，切新能源蛋糕也毫不犹豫。这就是八面玲珑的一级供应商，吃得很开。

节目的最后，老王想说，有人可能觉得供应商体系的这些技术一个是听不懂，也懒得听，更不关心根普通民众距离那么远的F1，但老王要说，国内供应链的瘸腿和顶端赛场上实践技术的不足，时时刻刻影响着量产车的发展路线，要知道梅赛德斯奔驰、雷诺、迈凯轮、本田这些品牌如果没有对F1发动机极致地压榨，很多新技术是下放不到民用车的， F1历经近70年发展，又是汽车工业里智商最高的一群人在玩，早已形成一个庞大且复杂的闭环，其中孕育的除了技术还有很多文化，而参与这些的，除了上述我们熟知的大牌车厂以外，还有像马勒、博世、FEV、德尔福、壳牌、ABB这一类称霸供应链的隐形冠军，而他们才是奠定欧美汽车工业的基石，而这些在产业链中神一般存在的企业，正是我国需要填补的中空带，只有填补了这些，位于顶端的自主车企才能站在真正的生态链顶端搞F1这类上层建筑。

当然，文章的最后老王想说，通过本期大家无需质疑副燃烧室这项技术，到底是大排量发动机的回光返照，还是本田1970年就成熟的民用技术，我们只需要知道，内燃机不死，他们只是逐渐凋零。只要还有人愿意挖掘燃烧效率，内燃机就能够延续春天，而那些叫嚣着未来汽车不烧油的人显然是too yong too simple，技术都是循序渐进，科学的发展也从来就不是狭隘的一刀切，更不是短期靠补贴就能激发企业潜力。支持汽车产业链体系优化和能源变革的永远都是恰到的技术投资、健全的科学教育、多维的汽车文化、公正的媒体责任以及主机厂允许自黑自嘲的广阔胸襟，只有拥有上述这一切才能够真正做到弯道超车。

我是老王，下期见。