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被历史选中的HCCI发动机

雅斯顿·2015-05-05 08:21
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早在很久之前,欧美和日本的汽车企业就提升发动机燃效进行过讨论。欧美的做法我们已经见到了---上马涡轮增压发动机实现Downsizing化,日本的做法我们也看到了---混合动力一直是主要武器。撇开两派当今高低立判的发展势头,我们需要关注的应该是两派之间的分歧原因。

当欧美提出涡轮增压化时,日本很多汽车企业都表示涡轮增压对发动机零部件的要求太高了,这么算下来成本并不能降低多少。很多企业在研制了增压发动机之后发现驾驶感受达不到自然吸气的要求,他们心里感觉费老鼻子劲搞这么一个东西出来没啥意思,因此日本增压化就这么搁置下来了。

又过了一段时间,马自达研制出了创驰蓝天发动机,人见光夫开始传递一种观点“Downsizing引擎燃效都会变差”。

这里所说的小型化,就是减小排量,利用增压器(涡轮)来弥补输出功率降低部分的手段。在汽车业,由德国大众领头,很多厂商都采用了这一手段。比如,将排量2L的发动机减小至1.4L,并配备增压器做弥补。但这样即便模式燃效(以决定的行驶模式行驶时的燃效)得到改善,其实也仍然隐藏着实际燃效往往变差的缺点。

值得注意的是,人见光夫还提出了“今后大型化将成为关键”的见解。这是与小型化正好相反的方向。通过加大发动机排量,轻松吸入更多空气,由此实现有助于改善燃效的超稀薄燃烧。这时尽管随着发动机形体变大,材料费用会增加,但与小型化不同的是不需要增压器,整体成本上比小型化更具优势。

这也就为未来日系动力引擎指出了方向。为了填补市场的空白,涡轮增压发动机虽然也有配备,但显然只是过渡,HCCI技术引擎成为各大公司的首选。马自达在推出第一代创驰蓝天发动机时最高压缩比为14,第二代就要达到18了.下图是柴油机、汽油机和HCCI技术引擎的工作示意图。

能实现这么高的压缩比就主要依靠HCCI了。HCCI翻译过来是均质充量压燃,看到均质我们就能想起汽油机,看到压燃我们就能想到柴油机。HCCI其实就是柴油机和汽油机的结合,在汽油机不断追求增大压缩比和柴油机不断降低压缩比的时候,两者终于走到一起。

只是汽油的燃烧速度比起柴油来要快太多,太高的压缩比只能增加它的燃烧速度,在短时间内释放更多的能量,特容易产生爆震,因此如何降低气缸内汽油容量成为关键,也就是稀薄燃烧。

稀薄燃烧就是降低汽油和空气的混合比例,让单位体积的汽油释放的能量更多的加以利用,提升燃油效率。

HCCI发动机的燃油和空气混合气在燃烧前是预混合的,同时去掉了火花塞等装置,采用压燃式点燃。这样一来,气缸内的温度就可以得到有效控制,氮氧化物就不存在问题。因为氮氧化物是在2000摄氏度以上高温下产生的。

虽然如此,HCCI发动机还有几个问题需要解决。第一是燃烧时刻控制。既然需要提高气缸压力和温度使汽油自燃,那么需要对喷射过程、气缸内温度和压力进行精确的检测,以保证在压缩行程结束时才能燃烧,否则太早能量浪费,太迟动力迟滞。第二,采用压燃式发动机燃效提高了很多,但冷启动难度会上升,同时高低转速下的扭矩和功率会受到影响。这点可以参见创驰蓝天发动机两种循环之间不断切换的解决方案。第三超高压缩比一旦发生爆震,能量会更大。第四,增加了这么多东西,发动机会不会变得太重,反而达不到提升燃效的效果?

所有的这些问题都需要在未来的六七年内搞定,HCCI发动机前途很光明,道路很坎坷。这样一来,2020年左右一定是发动机更新换代的爆发年。

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