2024年3月12日发(作者：奇瑞qq3配件大全)
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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
SPCCI技术与M-HYBRID 轻混动力系统解析(五)
◆文/江苏 高惠民
(接2021年第9期)
可变气门正时实现压燃点火和火花点火模式无缝切换。SI燃
烧模式下需要较低压缩比。改变进气凸轮正时改变有效压缩比。
进气和排气凸轮轴都用电动可变气门正时执行器驱动。如图60所
示。图61是SKYACTIV-X发动机配气机构气门正时与升程展示
图，进气门21的开阀时期TIVO及闭阀时期TIVC和排气门22的开
阀时期T1EVO及闭阀时期T1EVC，图中实线表示进气门21的气
门升程曲线121，虚线表示排气门22的气门升程曲线221。用曲
轴转角设定气门重叠期。在关于进气门21的开阀时期TIVO和排
气门22的闭阀时期T1EVC的所述的例中，随着负荷提高，正重
叠期将变长。并且，根据着火方式改变，由压缩点火(CI)向火花
点火(SI)切换，进气门闭阀TIVC期将延迟，调整有效压缩比，控
制发动机爆燃。
图61 KYACTIV-X发动机配气机构气门正时与升程展示图
图60 电动可变气门正时执行器驱动影像图
五、SKYACTIV-X发动机控制系统与控制策略
1.控制系统组成
SKYACTIV-X发动机控制系统组成框图如图62所示。
发动机ECU(Engine Control Unit：发动机控制单元)10。
ECU10是以微型计算机为基础的控制器，具备：执行程序的
中央运算处理装置(Central Processing Unit：CPU)101、
RAM (Random Access Memory)、ROM(Read Only
图62 SKYACTIV-X发动机控制系统组成框图
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Memory)构成并存储程序和数据的存储器102、以及进行电信
号的输入输出的总线103。
图63是传感器的位置图。其中有一个对SPCCI非常重要的
压电式汽缸压力传感器SW6，如图64所示，能对汽缸内的压缩
力和燃烧压力进行精确测量。并用它取代爆震传感器及离子传感
器。重新安装汽缸压力传感器时需要更换O形圈和垫圈。图65是
汽缸压力传感器拆装示意图。
器SW3及第二压力传感器SW5的
检测信号而得到的增压器44的前后
差压，并通过调节空气旁通阀48的
开度，来进行反馈控制，以使得增
压压力成为目标增压压力。另外，
ECU10基于发动机的运转状态和预
先设定的映射来设定目标EGR率、
即燃烧室17中的EGR气体相对于
全部气体的比率。并且，ECU10基
于目标EGR率和基于油门开传感器
图64 汽缸压力传感器影像图
SW12的检测信号而得到的吸入空
气量来决定目标EGR气体量，基于根据EGR差压传感器SW15
的检测信号而得到的EGR阀54的前后差压来调节EGR阀54的开
度，进行反馈控制，以使得导入至燃烧室17中的外部EGR气体
量成为目标EGR气体量。SKYACTIV-X发动机的目标控制程序
由图66例示的模型构成。
图65 汽缸压力传感器拆装示意图
2.控制策略
SKYACTIV-X发动机的运转区域，如图67例示发动机运转
区域映射501、502。发动机的运转区域映射501、502由发动机
的负荷和转速来规定，相对于发动机的负荷的高低和转速的高低
图63 SKYACTIV-X发动机的位置影像图
而被分为五个区域。
发动机ECU10基于这些传感
器检测信号判断发动机运转状态，
计算各设备的控制量。ECU10将与
计算出的控制量相关的控制信号输
出至喷油器6、火花塞25、进气电
动S-VT23、排气电动S-VT24、燃
料供给系统61、节流阀43、EGR阀
54、增压器44的电磁离合器45、空
气旁通阀48、以及涡流控制阀56。
例如，ECU10基于油门开度传感器
SW12的检测信号和预先设定的映
射，来设定发动机的目标转矩，并
决定目标增压压力。ECU10基于
目标增压压力和根据第一压力传感
图66 SKYACTIV-X发动机的目标控制模型组成图
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具体而言，五个区域是：包括怠速运转且扩展到低转速和
中等转速的区域的低负荷区域(1)-1；负荷比低负荷区域高且扩
展到低转速和中等转速的区域的中负荷区域(1)-2；负荷比中负
荷区域(1)-2高的区域且包括全负荷的高负荷区域的中等转速区
域(2)；在高负荷区域中转速比中等转速区域(2)低的低转速区域
(3)；转速比低负荷区域(1)-1、中负荷区域(1)-2、高负荷中转速
区域(2)及高负荷低转速区域(3)高的高转速区域(4)。
此处，将发动机全部转速区域中划分为转速N1=1 200r/min
左右和转速N2=4 000r/min左右。转速＜N1设为低转速；转
速处于N1和N2之间设为中等转速；转速＞N2设为高转速。另
外，在图67中，为了容易理解，将发动机的运转区域映射501、
502分为两个来描绘。映射501表示各区域中的混合气的状态及
燃烧方式和增压器的驱动区域及非驱动区域。映射502表示各区
域中的涡流控制阀的开度。图67中的双点划线表示发动机的道路
负载线(Road-Load Line)。
发动机以油耗的改善和废气性能的提高为主要目的，在低负
荷区域(1)-1、中负荷区域(1)-2及高负荷中等转速区域(2)中进
行基于火花点火控制压缩点火(SPCCI)的燃烧。发动机还在其他
区域，即高负荷低转速区域(3)及高转速区域(4)中进行基于火花
点火(SI)燃烧。以下，关于各区域中的发动机的运行，参照图68
所示的燃油喷射时刻及点火时刻和燃烧放热率相对于曲轴转角的
变化波形。图69所示的进气阀的开阀时期和排气阀22的闭阀时
期、以及图70所示的基于发动机负荷与外部EGR率进行的详细
说明。
图68 燃油喷射时刻及点火时刻和燃烧放热率
相对于曲轴转角的变化曲线
SKYACTIV-X发动机控制策略：参照图71的流程图，发动
机ECU执行发动机的运转控制策略。首先，在发动机启动后的步
骤S1中，ECU读取各种传感器SW1～SW16的信号。ECU在接
下来的步骤S2中判定发动机的运转区域。例如，ECU在步骤S3
中判定发动机在“SPCCI稀薄区域”(即，低负荷区域(1)-1)中
运转。在该步骤S3进入到步骤S8。在步骤S8中，ECU对可变进
气门电动驱动器S-VT23和可变排气门电动驱动器S-VT24输出
控制信号，以使得进气门的开阀时期TIVO和排气阀的闭阀时期
T1EVC成为正重叠期在规定的曲轴范围之内的时刻，且进气门
的闭阀时期TIVC成为将发动机的有效压缩比设为相对于几何压缩
比的差异为2以内的范围的时刻。而且，ECU对增压系统输出控
制信号，以使得在低转速区域中不对进气通路内的气体增压，且
在高转速的区域中对进气通路内的气体增压。由此，如前所述，
借助基于增压系统的增压和非增压的切换，能够发动机在低转
图67 SKYACTIV-X发动机运转映射区域
速的区域进行内部EGR，并在高转速区域利用冷却的低温EGR
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图69 进气阀的开阀时期和排气阀22的闭阀时期示意图
图71 SKYACTIV-X发动机控制策略流程图
图70 发动机负荷与外部EGR率关系图
与增压进行燃烧室扫气。在步骤S8中，另外ECU对涡流控制阀
(SCV)输出控制信号将阀关闭。并且，ECU对喷油器输出控制信
号，以使得如图68的符号601所示那样在压缩行程中进行第一喷
射6011和第二喷射6012。由此，能够在产生了强的涡流的燃烧
室中形成叠层化的混合气。在之后的步骤S13中，ECU对火花塞
输出控制信号，以在压缩上止点前的规定时刻进行点火。由此，
发动机进行SPCCI燃烧。
SKYACTIV-X发动机每种燃烧模式都有不同的条件，根据
转速、负荷和各种环境条件(温度、压力等)切换燃烧模式。按
图67示例发动机运转区域映射501、502由发动机的负荷和
转速规定，可将发动机燃烧模式划分为主要的3种运转区域，
如图72所示。在运行区域A/F稀薄SPCCI燃烧模式不满足要求，
执行控制以切换到G/F稀薄SPCCI燃烧模式或火花塞点火(SI)燃
烧模式。即，第1种：火花点火(SI)；第2种：具有大量废气再循
图72 SKYACTIV-X发动机三种燃烧模式
燃油经济性和EM性能比较
环(EGR)的SPCCI(G/F稀薄，λ=1)；第3种：具有大量新鲜空
气的SPCCI(A/F稀薄：A/F30附近)。第3种区域非常狭窄，除非
水温和进气温度高，否则无法实现点火(未达到CI燃烧温度)。而
在燃油经济性方面：第3种＞第2种＞第1种。确保燃烧稳定性面
临的挑战及EM性能方面第3种＞第2种＞第1种。
(未完待续)
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发动机,区域,点火,压力,控制,燃烧
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