F1賽車引擎是最強？壓縮比卻不如馬自達壓燃引擎

　　【太平洋汽車網(wǎng) 技術(shù)頻道】馬自達對內(nèi)燃機有一份特殊的執(zhí)著，在各路廠商都主打渦輪增壓發(fā)動機的大環(huán)境下，馬自達還是堅持沿用自然吸氣發(fā)動機；其它車企在新能源市場開始發(fā)力，馬自達還是將主要的精力投放在內(nèi)燃機的研發(fā)上。這次馬自達在內(nèi)燃機技術(shù)有進一步的突破，全新研發(fā)的e-SKYACTIV X創(chuàng)馳藍天汽油壓燃發(fā)動機擁有比F1賽車更高的15：1的超高壓縮比、首創(chuàng)SPCCI燃燒技術(shù)和24V輕度混合技術(shù)，并且將會搭載在馬自達3 昂克賽拉（詢底價|查參配）和馬自達CX-30身上。

　　壓燃技術(shù)相信讀過汽車工程學的朋友都知道，燃油混合氣的燃燒不需要靠火花塞來點火，而是靠氣缸活塞運動將其壓縮至燃燒，而以前壓燃技術(shù)主要出現(xiàn)在柴油發(fā)動機上，直到馬自達將這項技術(shù)搬到燃油發(fā)動機上。

　　不過好好一個汽油發(fā)動機，為什么要加入柴油機的技術(shù)？因為壓燃能實現(xiàn)較高的壓縮比和比熱比，還能完全快速地燃燒稀薄混合氣，實現(xiàn)多點大面積同時壓縮著火，由于沒有傳統(tǒng)火花塞點燃的火焰?zhèn)鞑ミ^程，所以壓縮點火可以在極短的時間內(nèi)完成燃燒放熱，以此提高發(fā)動機效率。

（汽油機點燃方式）

（柴油機點燃方式）

　　上面那段話提到了一個名詞叫稀薄燃燒，那為什么要稀薄燃燒呢？少量燃料的混合氣體燃燒的目的是為了省油并改善尾氣排放。 所謂稀薄燃燒，就是在更少燃料狀態(tài)下實現(xiàn)相同扭力輸出的更省油的燃燒方法。

　　稀薄燃燒的空燃比要比理論空燃比14.7：1要大很多，也就是說混合氣中含有的空氣量更多，這可以讓發(fā)動機的燃燒溫度降低，有效減少氮氧化合物的生成。同時采用稀薄燃燒還可以減少冷卻損失和泵氣損失，提高燃燒效率。

　　HCCI除了能實現(xiàn)較高的壓縮比和比熱比，還能完全和快速地燃燒稀薄混合氣，實現(xiàn)多點大面積同時壓縮著火，沒有傳統(tǒng)火花塞點燃的火焰?zhèn)鞑ミ^程，所以壓縮點火可以在極短的時間內(nèi)完成燃燒放熱，以提高發(fā)動機效率。而火花塞點火式發(fā)動機有火焰?zhèn)鞑サ拿黠@時間延遲。

　　這么看的話HCCI是一種理想的燃燒模式，但是HCCI（預混合壓燃點火：均質(zhì)壓燃）燃燒方式，沒有通常的汽油發(fā)動機火花塞點火的時間控制因素，所以點火時間難以預測，這是阻止其實用化的最大障礙。從下圖可以看到，HCCI燃燒的轉(zhuǎn)速和負載區(qū)間較窄，只在中等低轉(zhuǎn)速下HCCI工作效果最佳。在上圖藍色范圍之外，燃燒不穩(wěn)定且難以控制。由此我們可以知道：在HCCI可工作范圍以外的轉(zhuǎn)速和負荷下需要采用火花塞點火，以保證發(fā)動機正常工作。

　　因為傳統(tǒng)的火花塞點火和HCCI點火對缸內(nèi)溫度、空燃比、EGR的要求均不一樣，需要發(fā)動機在不同工況下、來回切換點火模式非常困難。因此無縫銜接這兩種點火方式成為馬自達工程師要克服的關(guān)鍵點。

　　針對傳統(tǒng)火花塞點火與HCCI點火之間對溫度、空燃比、EGR等的要求互相矛盾所產(chǎn)生的兩者之間切換點火的問題，馬自達就想到從人為手段去為壓燃創(chuàng)造條件，也就是通過火花塞輔助點火來提高氣缸內(nèi)的壓力和溫度。實際上為了讓火花塞點火和HCCI點火之間能更好地過渡，馬自達引入了火花塞輔助點燃的模式，利用火花塞點火輔助可以提高HCCI的點火能力，更好地控制混合氣著火時刻，同時也讓氣缸內(nèi)著火有很好的穩(wěn)定性。這個利用火花塞點火輔助的壓燃方式被馬自達命名為SPCCI。通俗點說就是在汽油發(fā)動機上使用柴油機才有的“壓燃點火”的方式，并且將“稀薄燃燒”的技術(shù)帶入量產(chǎn)。

　　SPCCI是在控制稀薄燃燒最佳進氣量的同時，將氣體吸入氣缸，以世界最高的700氣壓的噴射壓向被壓縮后的高壓環(huán)境的氣缸內(nèi)進行燃料霧狀噴射，然后進一步壓縮相較于現(xiàn)有汽油發(fā)動機燃料更加稀薄的混合氣體，使用火花塞跳火，形成膨脹火球。接下來膨脹火球會成為“空氣活塞”，進一步壓縮缸內(nèi)混合氣體，在缸內(nèi)形成稀薄混合氣體的急速“多點型均質(zhì)燃燒”，最后通過壓燃點火解決了稀薄燃燒火焰擴散不良的問題。

（馬自達SPCCI火花控制壓燃點火技術(shù)）

　　雖然SPCCI有火花塞參與工作，但是它的作用僅僅作為為壓燃創(chuàng)造條件的輔助手段。SKYACTIV-X發(fā)動機最終在SPCCI點火模式下，大部分的混合氣還是通過多點大面積點燃，同時還保持了整體放熱速率較高的水平。