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汽油发动机未来取消火花塞?

2018-04-11 23:06 来源: 中国汽车消费网

汽油发动机未来取消火花塞?

受限于日渐严苛的排放法规限制,技术的不断革新让汽油发动机和柴油发动机相互借鉴对方设计思路,汲取对方的优势,如今在结构上的相似度越来越高。

这样的趋势不仅让人畅想,未来某一天,汽 / 柴油发动机是否会在结构上实现完全统一,而只需要调整发动机的循环模式即可适用不同的燃油,甚至出现的新的石油馏份以满足全新内燃机对燃油的需求。

首先,我们先来分析一下汽 / 柴油机头的现状。

现役主流汽油发动机的压缩比平均都在 10:1 左右,为了提高热效率、降低油耗,各大厂商都想着怎样提高压缩比,同时抑制汽油容易爆震的天性,实现汽油发动机的稳定、高效运行。例如,通过气门正时技术实现的可变压缩比(丰田 / 马自达),还有通过结构实现可变压缩比(日产)。

汽油发动机未来取消火花塞?

电喷汽油发动机

柴油机则恰恰相反,老的直喷柴油发动机其本身压缩比就达到 20:1,甚至更高,但高温的柴油压燃会造成 NOx(氮氧化物)的过量排放,所以,柴油发动机的开发方向是通过降低压缩比来降低压燃温度,从而降低 NOx 的排放。

既然两者都在相互学习对方的优势,一个增压,一个减压,那么问题就了,未来某一天汽 / 柴油发动机能在压缩比和结构上实现统一吗?

汽油发动机未来取消火花塞?

这个脑洞各大厂商早在 90 年代就思考并实际尝试过,是一种令所有人神往的内燃机概念燃烧技术—— HCCI,即 " 均质充量压燃 "。光从名字我们就可以看到这种发动机融合了汽 / 柴油发动机两大典型特征——均质燃烧(汽油发动机)和充量压燃(柴油发动机)。其理想状态就是循环模式可调、压缩比可调,让发动机可以同时适用汽油、柴油乃至天然气等不同燃料,同时热效率也超过传统的汽油发动机。

汽油发动机未来取消火花塞?

2007 年,通用将一台 2.2L Ecotech 发动机改制成了 HCCI 发动机,并装配在了土星 Aura、欧宝 Vectra 两款车型上。不过,这台发动机配备了火花塞,所以不是纯粹的 HCCI 发动机。为什么要配备火花塞?因为当前技术水平下的 HCCI 压燃发动机功率范围偏小,无法适用于汽车面对的复杂多变工况,这一点与阿特金森循环倒是有些相似。此外,单纯压燃对汽油机来说启动和怠速都是大问题,完全没法稳定运行。

汽油发动机未来取消火花塞?

近期广泛热议的马自达第二代创驰蓝天技术同样以 HCCI 技术为卖点,不过马自达依旧没能解决全工况压燃的问题,所以,第二代创驰蓝天发动机依旧配备了火花塞,用于在启动、怠速以及高负载工况下(压缩比低)点燃汽油。而在低负载高转速的工况下,发动机会通过气门正时系统提高压缩比,同时关闭火花塞,实现油气混合体的压燃,从而提高热效率。

从上面我们能够看出,对 HCCI 发动机来说,并不是标号越高、抗爆性越好的汽油越合适,这类汽油虽然不易爆震,但也压燃也非常困难,只有使用低标号的汽油才能更容易压燃,至于怎么解决高压缩比带来的爆震问题,这就得看马自达的功力,这台发动机暂时还未正式发布,所以这方面技术细节还未披露。

汽油发动机未来取消火花塞?

很显然,下一代创驰蓝天同样没法在所有工况下实现汽油压燃的。

汽油虽然燃点高,但燃烧不如柴油温和,易爆震。

此外,多工况下的压燃,如果像柴油机那样仅通过调整喷油量实现对转速和功率的控制还是太勉强(汽油机可以调整节气门),所以压燃工况还只是第二代创驰蓝天的一种工作模式。根据马自达给出的消息,第三代创驰蓝天将着重解决启动和全工况下压燃的历史难题,彻底淘汰火花塞,打造真正的 HCCI 发动机。

- 总结 -

汽油发动机未来取消火花塞?

纵观汽柴油发动机的历史,其实存在很多偶然,作为石油化工的产物,汽油和柴油本身是同源的,燃点高、易挥发的汽油造就了汽油发动机的不断革新,而燃点低、不易挥发的柴油造就了柴油发动机的不断革新,两者发展到现在很大程度上是汽柴油的特性决定的。

如今随着排放法规的严格要求,这两种发动机及其燃油都已经不能满足时代要求,那么不仅发动机本身将朝 HCCI 压燃发动机这种 " 综合体 " 发展,燃料也有可能会顺应需求变成汽柴油的综合体,这对石油化工来说只是工艺上的调整罢了。

当然了,随着汽车电气化进程的不断推进,HCCI 这种内燃机的未来趋势也有可能被迅速崛起的新能源车扼杀在摇篮之中。无论是汽柴油馏份的确立,还是电动汽车与 HCCI 的冲突,看起来都像是历史的偶然,实则都是命。

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