2023年12月5日发(作者：二手别克英朗xt值得买吗)
新车新技术New Car Tech?OOOOOOOOOOOOOCOOOOCOOOOOOOOOOOO^OOOOOOOOOOOOOOOOOOO^OOOOO?栏目编辑：刘玺 lx@高惠民(本刊编委会委员）曾任江苏省常州外汽丰田汽车销售服务有限公司技术总监，江苏技术师范学
院、常州机电职业技术学院汽车工程运用系专家委员，高级技师。马自达创驰蓝天X发动机S
PCCI技术与
M-HYBRID $圣混动力系统解析(一）?文/江苏高惠民一、SKYACTIV-X发动机的客户价值“ZOOM-ZOOM”原本是儿童模仿发动机轰鸣的声音。而
以电能为例，如果电能来源是火电(燃煤)，那么在整个环节
中，二氧化碳排放总量是否真的比单独内燃机驱动要环保吗？
为此马自达调研结论是：以“从燃料开采到车辆驾驶(we丨l-to-
对于有一个汽车公司来说“ZO〇M-ZO〇M”，代表了企业的品牌
精髓，它S尤是马自达汽车的品牌所在。马自达在Z〇〇M-Z〇OM
可持续发展宣言2030中，将实现美丽地球、人心丰盈的社会形态
为己任，通过持续汽车产品的本位价值，不断追求能够实现用户身
心愉悦的探索和努力，图1所示为马自达对“人、地球、社会”深刻
理解。人wheel)’’的二氧化碳的环保视角，换算成综合二氧化碳排放量，
电动车是128g/100km,而搭载创驰蓝天发动机的马自达车是
142g/km。马自达只需实现10%左右的改善，即可到达与电动车
相媲美的环保标准。于是马自达执着地对内燃机的潜力进行挖
掘，研发出了一款逆天的创驰蓝天X发动机(SKYACTIV-X发动
机)，为全球范围内实现汽油发动机压燃点火的量产应用开创了先
河(现已应用于MAZDA
CX-3和MAZDA3
CX昂克赛拉两款车
型中)。如果按照不同的发电方式来换算，电动汽车是通过煤炭或
石油发电来产生电力的话，而搭载马自达SKYACTIV-X发动机
的环保性能已经超越了电动汽车。SKYACTIV-X发动机与上一
代SKYACTIV发动机以及发电厂的二氧化碳排放量相比如图3所
示。这就更加证实了内燃机专家坚信的“在未来很多年里，内燃
图1马自达“人、地球、社会”意义内涵式发动机仍将为全球大多数汽车提供动力，并且能够为减少二氧
化碳排放做出最大贡献，未来内燃式发动机占轿车新车销售量的
比例如图4所示。在电气化进程不断被各个汽车厂商宣扬的今天，马自达不同
于其他汽车企业环境保护思想，即以“从油箱到车辆驾驶丨tank-
to-wheel)”的二氧化碳排放评估体系，而是倡导通过“从燃料开
采到车辆驾驶(well-to-wheel)”的二氧化碳排放评估体系，综合
性地削减燃油在开采、提炼、制造运输环节的全过程中产生的二
氧化碳总量。图2所示为车辆的两种二氧化碳评估方法示意图。------------Tank-t〇-Wheel ---------3⑷峰内脚?e/Whe?l?^
油輜/
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岭(从anmnwami ------■>.----------Tank-to-Wheel -------?■am内,#
/油箱，Tank 车|?/Wheel油箱
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4^1??/Wheel图2二氧化碳排放评估方法示意圄58
图3
SKYACTIV-X发动机二氧化碳排放量比较图Mmrm-CHiNA ■ May栏目编辑：刘蜜lx@礓图4未来内燃式发动机占轿车新车销售量的比例图SKYACTIV-X发动机是马自达提出创驰蓝天技的
第二代高热效率汽油发动机（第一代是SKYACT丨V-G
汽油发动机和SKYACTIV-D柴油发动机），核心技术是
汽油发动机实现火花塞点火控制压燃点火技术（Spark
ControlledCompressionlgnition,
SPCCI),有效地结合柴油发
动机与汽油发动机的特点(图5),可使汽油燃烧更加充分、热效率
更高、动力性能更加强。优点 汽油发动机 （理想的发动机） 柴油发动机il图5火花塞点火控制压燃点火技术(SPCCI)特点1.输出性能得到了显著提升出色的初始响应能力(高扭矩)以及高转速下的延展性(出色的
加速性能)。很多车辆尤其是小排量涡轮增压发动机，油门-速度
往往有时滞，油门踩下去要停顿个0.5~1s车才有加速度，这个就
是涡轮迟滞效应。SKYACTIV-X发动机有先天优势，其动力调节
和柴油机类似,节气门保持全开状态，空气吸入没有阻力，动力大
小由燃油喷射量决定，油门踏板深踩后，燃油喷射量即可瞬间增
加，就可以极大提高加速响应性(图6：)。图6
SKYACTIV-X发动机加速响应性示意图New Car Tech新车新技术2.燃油经济性得到了显著提升由于提高了热效率(15:1几何压缩比，36:1的超稀薄空燃
比，压燃点火，：)，在所有路况下驾驶(从城市道路到高速公路)，都
可以保持良好的燃油经济性。发动机实际工况是很复杂的，不能
只看某一点的极限热效率，更要关注低油耗区域的范围大小，目
前市面上的发动机应对排放和油耗的对策为减小发动机排量+涡
轮，以提高在NEDC工况下的燃油经济性，由于此对策的油耗最
佳区域较为狭窄，在该区域之外燃油经济性迅速下降，尤其在实
际行驶工况或者最新的WLTP工况下油耗表现一般。广域的燃油经济性区域意味着变速器匹配时不再局限于升挡
降低发动机转速来保证高效的燃油经济性。如图7所示，正常发动
机巡航在A点2 200「/min,变速器在最高挡位，对于SKYACTIV-X
发动机来说，可以把巡航工况设计到B点3 000「/min,变速器不
在最高挡位，在油门急加速时，SKYACTIV-X发动机不需要降
挡直接提高扭矩，从而获得更快速更直接的响应，极大的提高
了驾驶性。体现了车辆出色的速度动力性、燃油经济性和排放
环保性。如图8所示，马自达SKYACTIV-G和SKYACTIV-D
与SKYACTIV-X在扭矩、功率和油耗对比。以2.0L排量为例，
“SKYACTIV-X”发动机与“SKYACTIV-G”发动机相比，
燃油经济性实现20%-30%的明显提升，与2008年非搭载
SKYACTIV技术的MZR发动机相比，燃油消耗率改善幅度达
35%~45%,
SKYACTIV-X发动机达到与 “SKYACTIV-D\"柴
油发动机同等或以上的燃油经济性。当前G燃油经济性SKY-X燃油经济性E.N2S0> M?0 4000 SO00r/minr/min图7
SKYACTIV-X发动机更大的燃油效率范围图燃\'臟济性得到了 a著提升95RON0 ?00*??0
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友动机负霣(BMEP)丨kPal图8
SKYACTIV-X发动机在扭矩、功率和油耗对比图3.实现了车内的静谧性SPCCI火花塞点火控制压燃点火技术燃烧功率大，振动大，
发动机噪声大，带来驾驶座舱噪声大。为了减少这些噪声，采用2021/05 ? 59New
Car
TechOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOCOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOdOOOOOOOOOOOOeOOOOOOOCOOOOOOOOOOOO&OOOOOOOOOOOOOOOOOOOWSOOXXJOOOOOOSOOOOOOOOOOOOOOOOOOSOOOOOOSOOOOC\"新车新技术M-HYBRID(轻混合动力系统)的ISG(集成启动/发电一体机)安静
的发动机启停(IR)操作以及胶囊型结构的发动机舱NVH设计(双
层发动机仓盖)，可以吸收压燃发动机的噪音和振动，如图9所示。图9
SKYACTIV-X发动机舱降低NVH的设计二、HCCI汽油机燃烧的基本理论一百多年以来，点燃式丨si)汽油机经历了从化油器到缸内直
喷和分层燃烧不断地改进，最好软喷射型分层燃烧缸内直喷点
燃式汽油机在部分负荷工况的有效热效率已可达到同排量柴油
的机的水平，但其指示热效率仍低于柴油机。汽油机指示热效率
低于柴油机是由于它的燃烧方式所造成的。为了使混合汽能够
被点燃，火焰能够传播，混合汽的空燃比必须限制在一定范围；
同时，为了避免火焰前锋面前面的未燃混合汽突然发生大范围自
燃，产生爆燃，汽油机的压缩比受到限制。这两个限制都影响了汽
油机的热效率。从21世纪开始，一种全新的燃烧方式，均质压燃
(HCCI，Homogene，ous-Cha「ge
Compression-Ignition)被提
出，并受到世界上几乎所有主要汽车公司和发动机研究机构的注
意，并先后开始进行研发。从表面上看，HCCI发动机是SI汽油机
和CI柴油机的结合，它像汽油机一样采用预混合的均匀混合汽，
又像柴油机一样利用压缩过程产生的热使混合汽自燃，不需要使
用火花塞来点燃。而实际上HCCI的燃烧过程与点燃式汽油机以
及柴油机的燃烧过程都不同。汽油机和柴油机的燃烧都是扩散燃
烧过程。如图10所示，汽油机主要依靠热扩散来实现火焰传播，
柴油机的主燃烧过程是依靠燃油蒸气和氧气的扩散现象使油气
相遇产生化学反应。在上述的这两种燃烧过程中，燃烧室内工质物理量在空间
的分布是不均匀的，因而发生热扩散或物质扩散现象。而理想的
HCCI是在整个燃烧室内同时发生的燃烧过程，在燃烧过程中工
质物理量在空间的分布是均匀的，仅随时间变化。因此，HCCI在60 irnTTOR-CHiNA ? Mayf 目编辑：刘蜜 lx@理论上不存在扩散现象，是属于非扩散的燃烧过程。图11生动描绘了
HCCI燃烧过程和SI燃烧过程的大致特点。图11
HCCI燃烧过程和SI燃烧过程特点的比喻示意圄如果将燃烧放热过程比喻成收获的场景，那么在火花点火燃
烧模式下，火焰传播过程就像人们协调有序地排成一行进行收割，
将田地划分为已收割(已燃丨区域和未收割(未燃)区域。与之不同，
HCCI的放热就好比人们散布于整片田地而不是排成一行,这样庄
稼(能量)收割更迅速。因此，HCCI燃烧的放热过程大大快于传统
SI燃烧。这种放热更接近等容放热过程，如图12所示均质压燃汽
油机与传统汽油机的缸内压力变化曲线比较。50-40-30-20-10-压力/bar00 ICO 200 300 400 500体积/cm3图12均质压燃汽油机与传统汽油机的缸内压力变化曲线比较HCCI燃烧放热特性与SI燃烧放热特性对比如图13所示
(1ba「=100kPa)。在SI燃烧模式下，有一条狭窄的反应区域，或者
称为火焰前锋面，将缸内工质分为已燃和未燃两个区域，放热仅
在这个狭窄的反应区内进行。因此，SI燃烧的累枳放热量就是反
应区域内一定质量工质dmi的放热总和。理想HCCI燃烧过程中，燃烧在整个汽缸内同时发生,在燃烧
进行的某一瞬时缸内所有混合汽体都将参与放热。因此，HCCI
燃烧的累积放热量则应该是混合汽总量m在各个燃烧反应dqi中
所释放热量的累加。但是，由于实际发动机中混合汽成分分布和
温度分布达不到绝对的均匀，放热也不能在整个混合汽中均匀进栏目编辑：刘蛮lx@motorch
n;， ?未燃1I燃油
圓.燃油(a) SI (b)HCCI图13
HCCI燃烧放热特性与SI燃烧放热特性对图行。缺乏稀释和/或温度较高的区域放热较快，导致放热不均匀.其
放热曲线如图中虚线所示。HCCI过程和汽油机的爆燃过程有很多相似之处。也可以说,
HCCI就是一种爆燃。但是，由于单位质量未燃混合汽所含化学能
的数量不同，这两种燃烧对发动机的影响不同。点燃式汽油机的
混合汽接近当量空燃比，其过量空气系数受到火焰传播的限制，
一般不能大于15。在爆燃时由于单位质量混合汽释放出大量的热
能会造成高温燃气强烈的压力波动，除了产生噪声和振动外还会
使缸壁间的传热增加，使汽油机过热，造成拉缸等损害。而HCCI
汽油机的混合汽需要用过量空气或大量的残余废气进行稀释。如
果残余废气系数不显著增加，HHCI混合汽的过量空气系数必须
大于2才能控制氮氧化物的生成及燃烧的粗暴性。因此在HCCI燃
烧过程中单位质量混合汽所具有的化学能较少，并不一定造成缸
内燃气的压力高频波动。由于燃气温度较低，也不至造成汽油机
的过热和拉缸等损害。因此，HCCI汽油机不再受到爆燃的限制，
可以提高压缩比，混合汽的空燃比不再受到混合汽点燃和火焰传
播要求的限制。可以采用比SI燃烧稀薄得多的混合汽，混合汽浓
度与发动机着火如图14所示。因为釆用超稀薄混合汽或更充分的废气稀释，降低了燃烧温
度，提高了工质的比热比，混合汽浓度对比热比的影响如图15所
示，使汽油机的热效率和燃油经济性得到极大的提高。氮氧化物
(NOx)的生成受到抑制，减轻了排气后处理的困难。另外，HCCI
燃烧可以在取消节气门的情况下实现部分负荷运转，消除了传统
SI燃烧中节气门部分开启造成节流的泵气损失。综上所述，HCCI
燃烧能有效改善汽油机热效率低的问题，即压缩比低、比热比低、
泵气损失大、燃烧等容度低以及循环波动率高。但是，相比于SI汽
油机，HCCI汽油机燃烧也存在两大限制区域如图16所示。高负荷下受爆震或剧烈燃烧现象限制，而低负荷下则受不完
全燃烧或失火的限制。比如在低转速、低负荷下，汽缸内温度不
够导致未能压燃；在低负荷高转速下由于燃料太少，发生压燃反
应的时间不够而失火；在高转速高负荷下又难以稳定的燃烧，容
易爆震。外界环境温度从-35T：到90T：的变化，大气压从海平面
100kPa到海拔5 000m的0.6kPa的变化，都会让HCCI的工作
范围缩小。为了应对时时刻刻的环境变化，控制汽油HCCI着火和New Car Tech新车新技术压燃式点火的优势火花塞点火空气/燃料混合物=14.7750r/min A/F=14.7火花塞点火空气乃然料混合物=29.4750r/mln A/F=29.4点火空气料混合物=36.8
高温局压750r/mln A/F=29.4图14混合汽浓度与发动机着火示意图1.401.351.301.251.2060077K图15混合汽浓度对比热比的影响K-切换? .HCC丨压缩着火?翟因反应时间不够而失火发动机转速r/min图16
HCC丨汽油机燃烧存在两大限制区域示意图燃烧的原则是混合汽温度、浓度和组分协同控制。于是，马自达另
辟途径，独自研发了具有专利技术的SPCCI(Spa「k
Controlled
Compression
Ignition:火花控制压缩点火)燃烧的SKYACTIV-X
型发动机。并投入量产与商品化。(未完待续）E2021/05
?族组润病 61
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