跟我视驾 2017-10-09
有压力才有动力! G哥浅谈压燃发动机
曾经,要问汽油机和柴油机有何不同?你可能会说柴油机是压燃的,但以后这么说可能就行不通了。

我们都知道发动机是“烧油”的,一般来说,大部分民用车发动机所燃烧的都是柴油或者汽油,但这些油是如何点着的呢?打火机抑或火柴?都不是,其中柴油机依靠的是压燃,柴油机在压缩行程时利用压缩气体产生的高温来点燃柴油,相信大家初中或者高中应该都做过压燃试验。而汽油机,民用车领域基本都是采用火花塞来点火。

为什么柴油机和汽油机点火方式不同?

虽然通常大家感觉汽油比柴油容易点燃,但事实上,在一般大气压下,汽油的燃点为427℃,而柴油机只有220℃,一般来说,燃点定义是指在容器中加热至燃烧的温度,在不同大气压下燃点也会有所变化,一般气压越低,燃点越高。而之所以柴油在生活中不容易点燃,是因为柴油不容易挥发成气体,你用火柴去点柴油,其实是点燃了的  燃烧的是表面微量的挥发物,但燃烧不容易持续。举个不太恰当的例子:木屑比一整块木头更容易点燃。

而汽油则更容易变成“木屑”,但自燃温度较高,所以汽油蒸汽不容易压燃,而更适合外部引火,如果强行增加压缩比,把汽油压燃,那么由于汽油燃烧速度很快,容易发生爆震,整个燃烧过程会很难控制。而“看起来老实”的柴油,利用其容易自燃的优点,且燃烧速度慢,所以采用压燃点火,而且柴油机更注重扭矩,转速慢,但不能像汽油机那样利用高转输出高功率。

但随着技术发展,一些问题会发生改变对不对?那就是—— HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) “均质充量压燃”。

但事实上这项技术早在上世纪就被提了出来,而在当时,HCCI其实一直是被视为柴油发动机革命性技术的,我们先来看看HCCI的燃烧状态,与普通柴油机或汽油机的非均匀扩散式燃烧不同,HCCI下所有燃料都在同一时间被点燃。

但这项技术虽然发展这么多年,但一直未能量产,重要的一点原因是因为HCCI在点火时间上难以控制,HCCI的压燃模式与传统柴油机压燃模式是有很大不同的,涉及的混合方式、空燃比、压缩比等等都不一样。而且HCCI对工况也非常挑剔,低负荷、高负荷状态下都很难理想工作,冷机启动难。

由于HCCI覆盖的工况比较窄,所以百分百HCCI的发动机是很难驱动车辆的,因为转速区间有限,所以HCCI一直都处在实验室中。为了确保HCCI燃烧在每个循环都能稳定进行,要利用很多温度、压力、氧含量等等传感器来反馈各种信号,通过种种手段来严格控制缸内“燃烧应该开始”的那一刻,从而让HCCI燃烧按照你预期的那样循环进行下去。

虽然我们前文中说了,相比之下,柴油更适合压燃,而汽油的特性似乎是不利于压燃的。但相比柴油而言,汽油在HCCI中有一个优点——它在必要时依然可以使用火花塞点燃。由此我们可以想到,在合适的工况下实现HCCI燃烧,不合适的活儿自燃就让火花塞来做。

听起来虽然简单,但实现起来并不是那么容易,在HCCI燃烧下的种种都和传统燃烧要求不一样,而且都不是“瞬间”变化的,两种不同模式下的切换控制是一个难题。

十年前奔驰、通用就做过尝试,也推出了样机。比如2007年的F700概念车搭载了一台1.8T直列四缸发动机就采用了HCCI技术,而通用也曾推出过采用HCCI技术的汽油机。

然而最近,又把压燃汽油机带进大众视野的,自燃就是马自达了。而马自达带给我们的解决方式则是——SPCCI(Spark Controlled Compression Ignition)。

该技术会使用火花塞点燃一部分混合气,爆炸之后会产生一个推力,从而进一步增加缸内压力,把未能点燃的混合气实现压燃。而预先用火花塞点燃的那一部分,就成为了控制活塞在上止点时缸内压力大小的手段,可以根据不同工况不同需求来出发压燃,使得压燃可以在更宽泛的转速区间中存在,在高转速区间中切换为传统的点燃模式,从而保留汽油机高转的特性。

当然,革新之处绝不仅仅时火花塞而已,燃烧室形状、喷油方式、EGR控制等等都是解决均值压燃的关键所在。而至于马自达给我们的解决方案表现如何,那还得等G哥拿到车啊。 

说了这么多,似乎忘了讲为什么大家要不遗余力的实现汽油机压燃、实现HCCI了。恩…最大的好处就是这样做能带来更好的热效率,并且能带来更低的排放,G哥想,这也许是目前汽油车干掉新能源车的唯一机会啊。

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