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雅斯顿|马自达3 压燃上市的关头，解释X发动机的工作原理


雅斯顿|马自达3 压燃上市的关头，解释X发动机的工作原理
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为了控制它的汽油/压缩点火发动机 ， 马自达转而使用火花塞 。
汽油发动机发展的下一阶段 ， 是采用类似柴油发动机的均质压燃燃料控制系统(HCCI)技术 。 理想中的状况是完全依靠压缩点火 ， 而不再通过火花塞 ， 如此便可以燃烧更加稀薄的空气/汽油混合物 ， 大大提高燃油经济性 。
不过 ， 理想终究只是理论上可行 。 量产HCCI技术面临许多难以攻克的技术瓶颈 。 HCCI 的有效运行区间和效率提高仅限于低负荷路况 ， 比如怠速或在高速上巡航 ， 一旦遇到较高的转速和较高的发动机负荷 ，HCCI 发动机需要恢复到火花点火 ， 这个过程不可预测且极其复杂 。
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多年来 ， 现代、通用、福特、奔驰都试图攻克HCCI技术的量产应用 ， 但现在这项技术被仅占全球汽车市场2% 份额的马自达(Mazda)攻克了 。 马自达几乎在很早的时候就宣布将在2019年前推出压燃式汽油发动机 。 不过 ， 马自达eSkyactiv-X 引擎上并没有使用完全的 HCCI技术 ， 而是使用了 SPCCI 技术 ， 这是「Spark Controlled Compression Ignition ， 火花点火控制压燃点火」的首字母缩写 。 虽然实现过程不同 ， 但殊途同归 ， 最终实现了利用压缩点火燃烧更加稀薄的燃油混合气 。
先了解引擎的工作原理 ， 再了解Skyactiv-X 就会容易很多 ， 比如传统的四冲程奥托燃烧循环、柴油机压燃工作以及 HCCI 燃烧系统 。
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传统汽油发动机 ， 在进气冲程(活塞在气缸中向下运动)中吸入混合空气和燃料 ， 然后在压缩冲程结束(活塞在气缸中向上运动)用火花塞点燃 。 砰！类似一种爆炸 ， 汽油爆发出巨大的能量 ， 推动活塞送回下至点 ， 将燃料燃烧的能量转移到曲轴上 ， 使发动机旋转 。 当活塞再次上升时 ， 排气阀打开 ， 燃烧副产品被推出燃烧室 ， 循环重新启动 。
另一方面 ， 柴油机在进气和压缩冲程中只吸入和压缩空气 。 燃烧时不由火花塞点燃---柴油机没有火花塞---而是在压缩冲程结束时喷射燃料 ， 由于缸内较高的气压带动温度上升 ， 使燃油发生「自燃」 ， 达到点火的目的 。 HCCI 发动机介于两者之间 ， 以传统奥托循环作为基础 ， 在某些工况下加入类似柴油发动机的压燃机制 。
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过去有许多企业拥有HCCI发动机 ， 但这些发动机都只是停留在实验室阶段 ， 而没有量产 。 马自达SPCCI发动机改变了这一现状 ， 是目前量产发动机中最接近HCCI的一款引擎 ， 而它解决点火时机问题的关键就是继续利用火花塞 。
从进气冲程开始 ， 气缸开始吸入低温的空气/燃料混合物 。 空气和燃料的比例并不确定 ， 但一般都愈发趋近于理想的14.7:1空气/燃料比 。 要在这个极限比例上对燃油进行点火 ， 就只能采用压燃 ， 传统的火花塞是无法点燃的 。
【雅斯顿|马自达3 压燃上市的关头，解释X发动机的工作原理】气缸吸入的燃油混合气 ， 通过涡流的方式使其尽可能的紧贴在气缸壁上 ， 在压缩行程快结束时 ， 发动机会进行二次喷射 ， 利用涡流在进气口形成一小股「混合气体团」 。 利用火花塞把这小部分混合气体团点燃 ， 这部分混合气体会快速膨胀 ， 增加气缸内的压力 ， 从而带动其他气体发生自燃 。 这种行为可以称之为在压缩过程中制造一个「空气活塞」 。
之所以要在压缩行程快要结束时进行二次喷射 ， 主要原因在于更准确控制压燃的时间点 ， 减少气体被压缩的时间 ， 在想要的时间内达到最大的压强 。


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