熱效率51%!馬自達(dá)HCCI(均質(zhì)壓燃)技術(shù)淺析
2017年8月10日,馬自達(dá)在其召開(kāi)的《Zoom-Zoom可持續(xù)發(fā)展宣言2030》會(huì)議上宣布將會(huì)在第二代“SKYACTI-X”汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上使用均質(zhì)壓燃點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)火,預(yù)計(jì)該技術(shù)將會(huì)在2018年推出,并且搭載在最新的馬自達(dá)6汽車(chē)上,屆時(shí),該發(fā)動(dòng)機(jī)或?qū)⒊蔀槿蚴卓畈捎镁|(zhì)壓燃點(diǎn)火技術(shù)的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。
有開(kāi)過(guò)柴油機(jī)的該知道,相對(duì)于汽油機(jī)來(lái)說(shuō),柴油機(jī)開(kāi)起來(lái)勁更大。而柴油機(jī)與汽油機(jī)最根本的區(qū)別,就在于柴油機(jī)采用的是壓燃的方式,壓縮比更高,燃油經(jīng)濟(jì)性更好。
馬自達(dá)算是日本企業(yè)中最有個(gè)性的一個(gè),典型的"技術(shù)宅",馬自達(dá)是現(xiàn)在世界上唯一還在研發(fā)生產(chǎn)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的廠商,創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)更是馬自達(dá)引以為豪的賣(mài)點(diǎn)。第二代SKYACTI-X(創(chuàng)馳藍(lán)天)技術(shù)更是提出了將熱效率達(dá)到50%,這和馬自達(dá)的將“駕駛樂(lè)趣”與“出色的環(huán)保,安全性能”和諧兼顧的這一宗旨不謀而合。
HCCI全稱Homogeneous Charge Compression Ignition均質(zhì)充量壓縮燃燒,這項(xiàng)技術(shù)在90年代初已經(jīng)被提出并開(kāi)始實(shí)驗(yàn),但是當(dāng)時(shí)電子控制技術(shù)沒(méi)有現(xiàn)在成熟,所以這項(xiàng)技術(shù)直到現(xiàn)在才被大眾所知,當(dāng)時(shí)玩這項(xiàng)技術(shù)的廠商都是業(yè)界的大佬奔馳和通用都進(jìn)行過(guò)研發(fā),但是后來(lái)都不了了之,
HCCI的核心就是均質(zhì)稀燃,燃油“越稀”,參與燃燒的空氣比例就越多,燃燒就越充分,理論上燃效就越高。我們都知道常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比:14.7:1,然而第二代的SKYACTI-X發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速空燃比為:36.8:1,相對(duì)于普通發(fā)動(dòng)機(jī)稀釋了2.5倍。
想要均質(zhì)就不得不提到另一項(xiàng)技術(shù)就是 FSI(Fuel Stratified Injection)燃油分層噴射,為何要“分層燃燒”,其實(shí)本質(zhì)就是混合氣太“稀”的情況下點(diǎn)火困難。FSI發(fā)動(dòng)機(jī)利用一個(gè)高壓泵,使汽油通過(guò)一個(gè)分流軌道(共軌)到達(dá)電磁控制的高壓噴油器。它的特點(diǎn)是在進(jìn)氣道中已經(jīng)產(chǎn)生可變渦流,使進(jìn)氣流形成最佳的渦流形態(tài)進(jìn)入燃燒室內(nèi),以分層填充的方式推動(dòng),使混合氣體集中在位于燃燒室中央的火花塞周?chē)瑵饣旌蠚恻c(diǎn)燃后,燃燒迅速波及外層。
壓燃,但它不同于常規(guī)汽油機(jī)的單點(diǎn)點(diǎn)火方式,它通過(guò)提高壓縮比、采用廢氣再循環(huán)、進(jìn)氣加溫和增壓等手段提高缸內(nèi)混合氣的溫度和壓力,促使混合氣壓縮自燃,在缸內(nèi)形成多點(diǎn)火核,有效維持了著火燃燒的穩(wěn)定性,并減少了火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒持續(xù)期。
但是馬自達(dá)并沒(méi)有取消火花塞的設(shè)置,保留了火花塞點(diǎn)火能夠使得HCCI過(guò)程有了更多的控制,火花塞能夠引燃混合氣,這樣就能避免失火現(xiàn)象的出現(xiàn),而且火花塞還能夠控制點(diǎn)火時(shí)刻,大負(fù)荷情況下也能夠使用傳統(tǒng)的火花塞點(diǎn)燃模式工作,冷啟動(dòng)也得到了保障。
通過(guò)“壓燃”來(lái)解決這種“極度稀燃”的問(wèn)題。一旦汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)“壓燃”實(shí)現(xiàn)了極度“稀燃”,它的效率就能如同馬自達(dá)宣傳的那樣,最佳燃效突破50%,理論百公里油耗(常規(guī)車(chē)輛)3升多。
總之,工程師熱衷于研發(fā)HCCI,核心目的其實(shí)并不是燃效,而是排放。在環(huán)境日益惡劣的今天,在成本可控的情況下,要想實(shí)現(xiàn)任意工況下氮氧化物排放達(dá)標(biāo),這幾乎是不可能的。HCCI則可以解決這個(gè)問(wèn)題,因?yàn)镠CCI采用的是低溫燃燒技術(shù),可以大大減少空氣中氮和氧的“自我反應(yīng)”,從而大幅度降低尾氣中氮氧化物的濃度。
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