马自达SKYACTIV-X汽油压燃发动机技术浅析

作者：我是车伙伴
2020-09-19 22:54
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9月16日压燃版的马自达3昂克赛和CX-30正式上市，汽车圈再一次卷起了对汽油压燃发动机的关注浪潮。其实不仅是马自达，早年间通用、奔驰，甚至是现代等车企都在探索汽油压燃发动机，但是最终只有马自达实现了在量产车型上搭载压燃发动机，那么马自达是如何做到的呢？今天就让我们来简单解析一下这款马自达SKYACTIV-X发动机是如何实现压燃技术的。

为什么要研发汽油压燃发动机

我们都知道发动机的热效率是衡量一款发动机质量的重要参数，热效率越高一定程度上就代表着这款发动机拥有更好的燃油经济性，目前普通的汽油发动机热效率最高可达到35-40%，在量产上市车型中，发动机热效率最高的当属丰田 Dynamic Force 2.5L发动机，热效率达41%；

但是和柴油高达45-50%的热效率相比，还是有着不少的差距，并且在 9月16日，我国潍柴集团发布了全球首款突破50%热效率的商业化柴油机，（容小编喊一声“国产威武”）。

柴油机热效率如此之高的首要原因就是其采用压燃的方式拥有较高的压缩比，所以汽油发动机想提升热效率的主攻方向之一就是发展HCCI（汽油发动机均质充气压燃技术）。另外，压燃形式的内燃机还具有扭矩强，排放更低等优点。

HCCI的技术难点以及马自达的解决方案

一、着火时间不可控

着火时间是指缸内混合气体在经历一定时间的温度和压力的变化之后开始燃烧的那一刻，简单讲就是缸内起火的时间，但是它对温度和压力的变化有时间要求，而温度和压力的变化基本取决于转速的高低，也就是说，当转速偏低的时候，活塞运动的较慢，进排气时间偏长，致使缸内温度和压力的最高值也会有所降低，最终导致的结果就是达不到混合气体的自燃点，缸内失火；

转速偏高的时候情况就更为复杂，当转速偏高时：一、进气和喷油的时间也大大缩短短，混合气体总量偏少，释放的化学能就偏少，功率下降；二、转速偏高时，气缸内的压力和温度变化非常快，很有可能导致即使温度和压力达到了混合气体的自燃点，但是因为活塞运动过快导致压力和温度持续时间不足，混合气体延后自燃的情况。三、转速高时，发动机热负荷较大，使混合气体整体温度偏高，着火时间提前，所以发动机就会在这些复杂的情况中凌乱，产生爆震。

马自达是如何运用自家独创的SPCCI技术来解决这些问题呢？

首先通过增加一个鲁氏机械增压器，能在短时间内给气缸内注入更多的空气，以解决在高转速和高海拔工况下进气不足的问题，同时也能保证在低转速的时候有一个更快的进气时间，减少缸内的热量损失；

同时搭载一套高达700bar压力的喷油系统，这也是目前量产车型中喷油压力最高的喷油系统了，能保证在极短的时间内给汽缸注入足量的燃油和更好的弥雾性，以弥补高转速时喷油量低带来的发动机功率下降的问题；

然而最富有黑科技色彩的还是马自达独创的“火花点火控制压燃点火”技术，这也正是马自达SPCCI技术的精髓，大致过程就是，首先使用火花塞点燃小范围内的高浓度油气混合体，此时会在汽缸上方形成一个气体高压区，这样就相当于缩短了燃烧室的长度，然后随着活塞向上运动，气缸内较为稀薄的油气混合体会被迅速压缩增温直至自燃。这样就相当于实现了可变压缩比的功能，并且这个压缩比变化的时间还是可以控制的，通过温度和压力等传感器就可预判缸内下次着火的时机，通过以精准控制压缩比的大小和改变的时间点，从而避免发生上述的复杂情况。这也是马自达SKYACTIV-X发动机能够实现压燃和火花塞点火无缝切换的原因。

二、爆震燃烧

汽油的粘度低、馏程低（表示蒸发特征的温度范围），更容易蒸发汽化，进而能更好的与空气进行混合，点燃时能快速燃烧，这是汽油的优点，但同时也伴随着危险。当我们急加速的时候，喷油嘴的喷油量和进气量也会增加，同样压缩比的条件下，混合气体的浓度增加，过快的燃烧反应会引起爆震燃烧（类似于爆炸），会对发动机产生非常大的伤害。

那么马自达给出得到解决办法就是，在急加速的工况下，仍旧采用电子火花塞点火的方式，一个简单粗暴的解决办法，当然前提就是，它可以实现在压燃和火花塞点火之间无缝切换。所以，马自达SKYACTIV-X压燃发动机既结合了压燃机的燃油经济性、扭矩和响应性，又结合了普通汽油机的动力输出、制热性和排气净化。

马自达，“懂得人自然懂”这句话不是白讲的，只有当你深入了解了之后，才会被他的执著深深的打动，在其他厂商都大力在新能源领域布局的时候，马自达作为一名老牌内燃机汽车厂商，坚定不移的捍卫自己的道路，独辟蹊径，不从众赚快钱，堪称时代的破风者，小编不是马粉，也没有被充值（虽然很想），只是单纯的佩服马自达的这份勇气、决心和实力。