當執(zhí)著的瘋子盯上了HCCI 馬自達Skyactiv-X
是的我們上面提到,傳統(tǒng)火花塞點火與HCCI點火之間對溫度、空燃比、EGR等的要求互相矛盾,這兩者切換之間所處的狀態(tài)難以實現(xiàn)任何一種點火,于是馬自達便想到了應用人為手段去為壓燃創(chuàng)造條件,也就是通過火花塞輔助點火來提高氣缸內(nèi)的壓力和溫度。
為了讓火花塞點火和HCCI點火之間能更好地過渡,馬自達引入了火花塞輔助點燃的模式,利用火花塞點火輔助可以提高HCCI的點火能力,更好地控制混合氣著火時刻,同時也讓氣缸內(nèi)著火有很好的穩(wěn)定性。這個利用火花塞點火輔助的壓燃方式被馬自達命名為SPCCI。
SPCCI是通過在壓縮行程的過程中,先使用火花點燃一小部分混合氣,這部分混合氣爆炸并膨脹,為缸內(nèi)創(chuàng)造接下來壓縮自燃所需的壓力和溫度(但在活塞未到達上止點時混合氣仍保持在自燃程度以下,如何控制這一舉動下文我們會解釋),當活塞繼續(xù)向上運行,直到到上止點時,缸內(nèi)其余的混合氣通過壓縮同時被點燃。
所以本質(zhì)上SPCCI雖然有火花塞的介入,但是火花塞點火僅僅作為為壓燃創(chuàng)造條件的輔助手段,而且我覺得不需要糾結這是不是存在了火焰?zhèn)鞑ィ阈枰赖氖?,Skyactiv-X發(fā)動機最終在SPCCI點火模式下,大部分的混合氣還是通過多點大面積點燃,同時還保持了整體放熱速率較高的水平。而Skyactiv-X則可以在大部分時候使用到的是SPCCI點燃,小部分區(qū)域可以實現(xiàn)HCCI。所以我們可以認為,馬自達確實不僅將HCCI點火這個技術實現(xiàn)了量產(chǎn),還將壓燃的范圍擴大至了更大的區(qū)域。
為了實現(xiàn)SPCCI,馬自達更新了發(fā)動機上一些硬件,包括新型活塞頭設計和超高壓燃油噴射系統(tǒng),以幫助混合氣以及旋渦形狀的形成,以及采用了高響應的空氣供給裝置,可以引入大量空氣,同時配合氣缸壓力傳感器等來精確控制發(fā)動機,值得一提的是Skyactiv-X還搭載了輕度混合動力系統(tǒng),或許是用于發(fā)動機啟停作用的。Skyactiv-X控制邏輯看起來相當復雜,但與以前實現(xiàn)HCCI的那些概念來說,復雜性降低了很多。下面我就具體介紹一下Skyactiv-X發(fā)動機的部分重要細節(jié)。
·控制空氣燃料混合物以防止異常燃燒
因為SPCCI需要非常高的壓縮比,高壓縮比使壓縮點火更容易實現(xiàn),但它也增加了過早壓縮點火的可能性,這可能會嚴重損害發(fā)動機,發(fā)動機需要在保持高壓縮比的同時,防止在燃燒過程中發(fā)生壓縮著火,所以馬自達為Skyactiv-X引入了分段燃油噴射、超高壓燃油噴射系統(tǒng)和缸內(nèi)壓力傳感器。
?。?分段燃油噴射
為了防止在壓縮稀薄的油氣混合氣中出現(xiàn)不正常的燃燒,SPCCI采用了分段式燃油噴射系統(tǒng),其中一小部分燃油在進氣過程中噴入,形成低密度稀薄混合氣,而更多的另一部分在壓縮過程中噴入。這不僅讓SPCCI更好實現(xiàn)點火,還有效控制了混合氣的異常燃燒。
?。?超高壓燃油噴射系統(tǒng)
為了盡可能地縮短壓縮沖程的時間以及使壓縮點火更加高效,燃料快速的霧化以及油氣混合氣更快地形成非常重要。于是馬自達采用了超高壓的噴油系統(tǒng),噴油油壓達到1000bar,這能夠使得汽油瞬間霧化,同時產(chǎn)生強大的湍流,大大提升點火穩(wěn)定性和燃燒速度。
?。?采用缸內(nèi)壓力傳感器
除了采用上文所說的防止不正常燃燒的技術外,Skyactiv-X還采用了缸內(nèi)傳感器作為監(jiān)測控制,將其與目標配置文件進行比較,通過不斷觀察噴射、點火等數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)噴油、點火等是否給預期結果帶來了適當?shù)娜紵?,并對任何偏差進行實時補償,確保持續(xù)優(yōu)化燃燒。
·新型活塞頭:
除了有良好的霧化效果,缸內(nèi)氣體流動形式也是決定混合氣燃燒速度的要點之一,Skyactiv-X采用了新型的活塞頭,讓氣缸內(nèi)的混合氣形成漩渦狀,使氣體更好地被壓縮燃燒。
·機械增壓器:
這個小型的機械增壓器可以施加最大約0.5bar的壓力,這個增壓器作用并不是為了給發(fā)動機增加多少的馬力,而是為了提高效率用的。增壓系統(tǒng)為氣缸帶來更多的空氣,即使在較高的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下也能保持混合氣足夠稀薄。這個增壓器是離合式的,在較低的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下可以解耦,避免空燃比變得過于稀薄。
在馬自達官稿中表示: 壓縮點火使得超級稀薄燃燒成為可能,與現(xiàn)款創(chuàng)馳藍天汽油發(fā)動機“SKYACTIV-G”相比,“SKYACTIV-X”最大可縮減20%~30%的油耗。 SKYACTIV-X的燃油效率甚至等于或超過最新的SKYACTIV-D柴油發(fā)動機。
SKYACTIV-X油耗雖然降低了,但是燃油經(jīng)濟性并不是對動力妥協(xié)換取而來的,反而在動力上還有了很大的進步,不管是最大功率還是最大扭矩,都有所上升。
馬自達的追求是“造世界上最好的內(nèi)燃機”,但在這個新能源車早已被視為“未來”的時代,這樣的追求是否會被認為是在為內(nèi)燃機做最后掙扎呢?并不,HCCI的或許可以說是內(nèi)燃機的救命稻草。同時,馬自達的布局并不是我們想象中的這么簡單,可能在與豐田的合作中,我們會看到SKYACTIV-X更加高光的時刻,拭目以待吧~(圖/文:太平洋汽車網(wǎng) 遲東寧)
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