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#马自达#高燃烧效率——先进预燃室点火技术解析


目前 ， 传统的汽油机仍有其独到的优势 。 研究人员可通过采用较高的压力来改善汽油机的燃油经济性和排放 ， 而针对点火系统的改进主要通过减小火花塞尺寸来实现 。

#马自达#高燃烧效率——先进预燃室点火技术解析
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对于传统汽油机而言 ， 预燃室具有更高的技术潜力 ， 其目前已应用于1级方程式赛车（Formula 1）等车型中 。 预燃室是在汽油机燃烧室内部的1个小型燃烧室 ， 可通过安装1个传统火花塞而实现 。 天纳克（Tenneco）欧洲的工程经理Alessanino对此解释到 ， 预燃室可通过小孔连接主燃烧室 ， 可燃混合气则在进气行程中进入预燃室 ， 并由火花塞点燃 。 混合气点燃后形成的火焰锋面从预燃室表面的小孔流出 ， 并点燃主燃室中的可燃混合气 。 燃烧室内的多个点火位置可使混合气更快且更充分地进行燃烧 。 研究人员可对汽油机的运行特性图进行调整 ， 以改善燃油经济性和功率 。
2种布置型式
预燃室通常有2种设计型式 。 主动型是在预燃室中采用1个额外的燃油或燃气喷射器 ， 从而对可燃混合气进行调节与控制 。 被动型则通过预燃室与主燃室之间的压力差来实现气体交换 。
马勒公司的动力总成部对汽油机预燃室技术有多年的开发经验 ， 旗下的研究人员目前正在从事马勒射流点火（MJI）系统的开发工作 。 从20世纪60年代末开始 ， 针对预燃室点火过程已开展了一系列优化 ， 但研究人员则将更多精力集中于改善燃油经济性和排放过程 ， 并通过调整试验程序以分析更宽工况范围内的发动机运转特性 。 到目前为止 ， 汽油机预燃室技术已取得了一系列进展 。
马勒总工程师Mike Bassett对此解释到 ， 马勒方面的研发重点是使汽油机在过量空气系数λ=1的状态下进行运转 。 随着实际驾驶排放（RDE）法规的引进 ， 尽管参与测试的某款汽油机依然有待优化 ， 但在宽广的运转工况范围下同样能实现稳定运行 。

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MJI技术可使汽油机在λ=2的条件下同样实现理想的燃烧效果 ， 同时也改善了燃油经济性和排放过程 。 但当λ值越接近2 ， 可燃混合气被点燃的难度也会相应更高 。
技术应用
研究人员针对预燃室技术提供了相应的优化方案 。 以马勒方面的研究成果为例 ， 其已开发出了主动型和被动型MJI系统 。 在主动型MJI系统中 ， 可通过喷油器以提高预燃室中的可燃混合气浓度 ， 点火后形成的热自由基（hot radicals）在传入主燃烧室后会形成多个着火点 ， 从而可在λ=2的稀薄混合气中产生强烈的燃烧过程 。
该系统可有效减少平均有效燃油耗（BSFC）约15%或更多 ， 但技术挑战也悄然而至 。 预燃室专用的喷油器需要进行专门开发 ， 并与后处理系统相匹配 。 因此 ， 研究人员目前正在对被动型MJI系统进行开发 。 但在该系统中 ， 主燃烧室中的可燃混合气会受到废气再循环（EGR）系统的影响 ， 从而减小了其着火范围 。
Basstt提到 ， 在理论空燃比下进行的点火能减少燃烧过程的持续时间 ， 由此能相应提高EGR率 。 而通过EGR也能相应优化汽油机的抗爆燃性 ， 使整机压缩比可相应增大 ， 同时BSFC也减少了约10% 。
马自达为Skyactiv-X型发动机配备了不同的点火方式 。 同时 ， 该机型也被称为世界上第1款投入量产的压燃式汽油机 ， 该系统内混合气的λ值约为2～3 ， 并可实现类似于柴油机的压燃点火方式 。
【#马自达#高燃烧效率——先进预燃室点火技术解析】
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目前 ， 均质压燃（HCCI）技术已受到了广大汽车制造商的关注 ， 并据此开展了相关研究 ， 但早期的HCCI发动机在压燃模式下会产生难以预测的结果和不稳定的燃烧过程 。 马自达火花控制压燃（SPCCI）系统可与传统汽油机一样使用传统的点燃方式 。 该系统可使气缸中充满稀薄的可燃混合气 ， 并使混合气在火花塞附近形成1个加浓区 。 通过火花塞点燃加浓混合气 ， 形成的火焰锋面进一步引燃剩余的未燃混合气 。


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