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周磊

战战战兢兢,即生时不忘地狱;坦坦荡荡,虽逆境亦畅天怀。

 
 
 

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中国汽车行业知名专家、资深汽车行业评论员,知名汽车行业自媒体人,博派汽车自媒体联盟(AutoBot)发起人。

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“技术疯子”马自达又来了,HCCI到底是什么东西?  

2017-08-16 13:56:01|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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相信关注马自达的朋友,在前两天一定看到了一个消息,那就是马自达将在不久的将来推出第二代创驰蓝天“无火花塞”式汽油机。了解发动机的人都知道,传统汽油机是通过火花塞放电引燃可燃混合气的,而柴油机则是通过压燃的方式做功,那么这究竟是怎么一回事呢?

其实这项技术叫做HCCI均质充量压缩点燃,通俗来讲就是均匀的可燃混合气在气缸内通过压缩的方式点燃做功。要注意的是,这项技术在上世纪70年代就被提出,并且因为排放法规的紧逼,在90年代掀起过一波研究浪潮,诸如大众、宝马等名企都参与其中,但时至今日却仍未量产。我们不禁会问,它究竟有什么魔力,吸引了全球的目光,又因为什么,如今仍不能翻身?

在谈HCCI优势之前,我们先来看看传统发动机存在哪些毛病。众所周知,汽油机的油气混合是在进气管内进行的,它能使油气混合更均匀,在充量进入气缸后,通过火花塞放电引燃混合气,推动发动机做功。但这种引燃方式造成了燃烧自火花塞附近开始向四周扩散,扩散过程中燃烧部分和未燃烧部分温度差距明显,产生的局部高温容易生成NOx;而柴油机尽管能大致做到同时燃烧,却因为油气混合不均,容易发生不完全燃烧等情况。可以看出,传统汽油机和柴油机各有优势,却又普遍存在燃料燃烧不充分以及排放污染等问题。于是,为了解决这些难题,工程师将目光放到了HCCI上。

从理论上讲,HCCI汽油机结合了传统汽油机和柴油机共同的有点,在提升燃油经济性的同时又不落下汽车动力;同时又由于可燃混合气分布均匀,不存在局部缺氧的工况,所以燃烧产物很少存在NOx等污染物;并且在该技术的早期研究中发现,使用HCCI的发动机可以简化燃烧、喷射系统,在很大程度上节省了发动机的制造成本;此外,曾有研究人员表示,HCCI发动机热效率在理论上能够超过50%正是由于这些看得见的、看不见的优势,吸引了诸多企业参与其中,那么前景一片大好的HCCI,又是因为什么,始终不能实现量产呢?

(不同着火方式的火焰传播路径)

这又不得不说到HCCI正常运行需要的条件了。由于压燃需求的条件是超高压缩比,碍于汽油抗爆性能影响,HCCI最初的定位是帮助柴油机提升性能,不同于通过发动机工况传感计算着火时刻,HCCI的压燃需要缸内压力、温度等一系列难以测试的数据进行控制。这使得研究人员只能通过不断的试验采集数据,用经验法编写算法。曾有一段时间,有人提出用缸内二次喷射的方式调节压燃时刻,虽切实有效,但却造成充量不均,影响了排放;其次,HCCI技术在冷启动时难以正常运行,并且在部分工况下,HCCI充分燃烧的速度过快,容易引起爆燃,一套系统不能够适应所有工况,就势必要做出改进,研究人员有想过采用两种燃料等方式进行改进,但收效甚微;最后,HCCI技术在降低NOx的同时,一定程度上增加了CO等排放,当时EGR的不成熟也导致尾气问题无法解决。所以从上世纪90年代以来,HCCI仍活在实验室内。

而我们可以看到,马自达这次推出的HCCI技术,并不是同以往技术一样基于柴油发动机,而是着手于汽油机,那么面对抗爆性能不好的汽油,马自达HCCI的成功率有几成呢?

经过前面的分析我们可以看到,汽油HCCI最大的难题是如何解决高压缩比下汽油爆燃问题,相信了解马自达技术的朋友这时已经会心一笑,因为马自达创驰蓝天发动机,正是利用了14:1的超高压缩比来提升热效率,可见马自达已经解决了汽油HCCI最根本的问题;此外,目前发动机电控水平相比二十年前已经有了质的飞跃,混合气压燃时刻可以通过废气加热、VVT等技术进行辅助正时,尽管达不到像现有火花塞一般准确,但也足够使用,另外EGR技术的发展,很好的解决了尾气中CO等过多的问题。而在应对不同工况上,马自达提出在高转速下使用HCCI,其他工况仍使用火花塞点燃的方式应对,相信以马自达的实力能够完美解决。

在车业杂谈看来,马自达这个企业就是喜欢研究这些疑难杂症般的技术,别人摒弃的转子发动机,他能够坚持不懈的研究,并在今年继续推出专利;同样,尽管HCCI技术也充满困难,但以马自达一贯的作风、加上对现有技术情况的分析来看,车业杂谈认为,这次的新闻并不是空穴来风,或许在不久的将来,我们就可以看到搭载马自达HCCI汽油机的汽车了。

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