新葡萄京官网8455 新能源 大家都知道发动机有多种形式的,那汽油发动机必须要火花塞吗

大家都知道发动机有多种形式的,那汽油发动机必须要火花塞吗



日前,马自达公布了自己未来动力总成发展规划,并宣布全新一代创驰蓝天发动机将会在2019年量产。这台发动机最大的亮点在于使用了类似柴油机的压燃技术,可以说是又一次和主流背道而驰,也让包括我在内的无数人产生了好奇心。那么,满怀兴趣,我们就来解读一下这台来自未来的压燃汽油机。

汽油机必须要火花塞吗?

首先提一个问题:

今天我们来聊一聊马自达阿特兹,说到马自达啊,网上流传着一句话,马自达就是,有钱了就研究转子发动机,没钱了赚钱在研究转子发动机。我们今天通过阿特兹2.0L来说说他的另一项技术创驰蓝天发动机。阿特兹的最大亮点之一就是全系标配了马自达创驰蓝天技术。相较传统自然吸气发动机,阿特兹的创驰蓝天发动机拥有13:1的高压缩比,燃油经济性还有扭矩均提升了大约15%。

为什么柴油发动机皮实耐用、省油、低速动力更好甚至碳排放更低,却在家用车领域的份额大大落后于汽油机?

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没错,柴油机更省油、排放更低,这正是马自达新一代发动机采用HCCI均质压燃技术想要达到的效果。但是,你为啥不直接用柴油机呢?

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答:因为柴油机噪音、振动大、冷启动相对困难且高转速下动力表现差,这不仅是柴油机的缺点,其实也是压燃技术的缺点,而这些是马自达不想要的。

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为什么汽油很难压燃?

阿特兹的这款汽油发动机,是一种没有火花塞的黑科技,其实这里和转子发动机是有异曲同工之妙的。马自达呢将这个黑科技取名为HCCI,中文翻译过来就是均质充量压燃,他抛弃了火花塞而采用了利用超高的压缩比来进行点燃,而一般汽油发动机都是通过火花塞释放高压电来点燃油气混合物来进行燃烧,从而释放能量,但是HCCI着火的过程和柴油机压燃差不多。我们先来说下汽油和柴油机点火方式为什么不同,简单地说:因为汽油点燃点低,有一丁点火花就着,但压燃点高,就算压力很大都不着火。而柴油相反,是点燃点高,用火烧都很难着火.压燃点低,有压力就着火.这就要求柴油机的压缩比比汽油机高.
因为柴油机有高压缩比,所以柴油机比汽油机有力得多,因此同等重量下,柴油机不需要太高的转速就能起动汽车和保持一定的行驶速度,而汽油机就需要比较高的转速来起动汽车,高转速自然换来油耗了.所以柴油机比汽油机省油.那有人就问了为什么不把压燃用在汽油机上?因为汽油被压燃需要的高压缩比会导致不正常燃烧就是爆震。为了避免爆震,只能降低发动机的压缩比。不过马自达的HCCI是将空气和汽油在缸外混合好喷入气缸内,而一般柴油机就是直接把柴油喷入缸内,再进行混合。这就是说HCCI的在缸内的着火点要遍布于气缸所有地方,而这就意味着油气混合物可能同一时刻就被压燃,避免了火焰扩散的能量损失,这样燃烧效率就有所提升,车辆的燃油经济性就会升高。但是呢,上面说了
高压缩比会带来爆震问题,普通车辆在排气时会产生废气回流的现象,这样对缸内气体的温度有影响,容易产生爆燃,也会导致气缸内混入废气。马自达阿特兹也给出了解决方案,加长排气管的长度,并且采用圈形排气管,节省空间。采用6孔喷射,这样善喷射性能,产生更均匀,流动更强的混合气体。最后一点就是减少机械摩擦,据说啊,马自达将发动机内的摩擦减少了百分之30。这样就更省油,经济性更好。

新葡萄棋牌,懂一点机械和化学的人都知道,柴油因为自燃点低,可以被压缩产生的热量点燃,且能够采用稀薄燃烧。何为稀薄燃烧,就是用远超过14.7倍质量的空气去和雾化柴油混合,用过剩的空气榨干每一克燃料的能量。这也就是为什么柴油发动机能更省油。

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但汽油不行,如果想要压燃,它需要更高的压缩比,但压缩比越高,就越容易产生爆震,所以必须借助外力点燃。

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左侧汽油机,进气冲程吸入油气混合物;右侧柴油机,进气冲程吸入空气,压缩后喷入雾化柴油

那么马自达需要解决的两个问题就清楚了,其一,如何把汽油压燃;其二,如何避免压燃产生的振动大、高转速下动力表现差等问题。下面我们来一一解读。

关键点一:均质燃烧

HCCI均质燃烧技术的关键点就在于“均质”,即希望发动机在做功冲程时缸内各处的油气混合物浓度一致。

HCCI有什么好处?

简单来说,就是为了在提高压缩比的同时避免爆震。而之所以会产生爆震,是因为在做工冲程开始后,正常情况下火焰应该从起爆点开始一直向外蔓延,自上而下依次点燃燃料,以达到最高的效率。

但现实往往不尽如人意,缸内某些靠近缸壁或活塞的位置由于混合气浓度过高或压力不均等原因,有可能先自燃了,这可就麻烦了,这些混合气爆炸产生的冲击波就会和按正常顺序燃烧产生的力量较劲,此时就会产生爆震,导致发动机抖动、动力下降、油耗增加等问题。

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那么了解了爆震,也就很好解释了,即便压燃汽油需要使用更高的压缩比,如果能让缸内各处的混合气浓度一致,也能很大程度上减少异常燃烧,从而避免爆震。

如何实现“均质”?

从已知的信息看,马自达将会在新一代创驰蓝天发动机上采用更高压力的燃油泵和高压喷油嘴。通过更大的压力使汽油雾化更充分,并加速和空气的混合,力求让缸内混合气浓度均匀。原理看似很简单,但想要真正实现,却需要成百上千次反复的实验。

关键点二:更多的空气供给

想要达到稀薄燃烧就需要更多的空气,这些空气从哪来?在新一代的创驰蓝天发动机上,马自达将会使用高速响应的空气供给单元。从图上显示的结构看,发动机端很可能采用了电动增压装置,配合对节气门阻力的优化,以达到充足的进气量以及更好的加速响应。而如果真是如此,严格来说,这已经不是一台自然吸气发动机了。

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官方公布的HCCI发动机模型

关键点三:并不是没有火花塞

前文也说了,压燃虽好,但也有它的弊病,柴油机上振动大、高转速动力表现差的问题如何解决呢?

其实也好办,工况不合适用压燃的时候,我们还换回传统火花塞点燃的方式。这种做法套用了这一代创驰蓝天发动机的做法,在适合阿特金森循环工作的工况下,利用膨胀比大于压缩比,使燃料燃烧更充分,降低油耗。而当我需要更强劲的动力时,还用回奥拓循环,两个循环各司其职,只做自己擅长的事。

而到了新一代创驰蓝天发动机,马自达提出了SPCCI火花控制压燃技术,通过对可变气门正时、喷油系统和点火系统等综合电控策略,实现了火花塞点火与压燃点火之间的无缝切换。可以在部分工况下,采用HCCI均质压燃技术,而在冷启动和高转速等不合适采用压燃的工况下限制压缩比,转而采用传统火花塞点燃的模式。使在发动机能在不同工况下选择最优工作模式,在保证动力的同时,最大程度减少油耗和排放。

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至于振动、噪声大的问题,目前比较好的柴油机早已能够通过结构优化来达到和汽油机相近的噪声/振动水平了,只要舍得成本,解决不是问题。

我从不相信汽车动力的未来只有电动机一条路可走,这个所谓的“夕阳行业”还存在着太多变数。在电动车产业一片阳关大道的景象,引无数英雄争相入局的同时,我想,这世界也需要马自达这种爱走小路的偏执狂。我期待新一代创驰蓝天发动机实装后的表现,这一次,看你能否“改变世界”。

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