【四輪解密】解析Mazda e-Skyactiv X引擎PART.2!汽油引擎想壓燃還是得有火星塞?!

Yahoo奇摩汽車機車 2022-04-10 23:11:19

延續前一篇對於e-Skyactiv X引擎開發的前因後果(👉 延伸閱讀:【四輪解密】解析Mazda e-Skyactiv X引擎PART.1!為什麼把柴油壓燃點火放進汽油動力?!),當Mazda研究出打造汽油壓燃引擎的可能性之後,其實離實踐這項科技也就剩臨門一腳。但儘管已經運球到球門前,守門員依然嚴陣以待,不讓技術團隊那麼輕易地突破物理難關,尤其這當中還得面臨到關於能否商轉量產等癥結點,但這間技術派的廣島車廠就如同踢出香蕉球一般,旋轉、飛躍......球就這麼進了耶!

萬事具備 只欠東風

只能說草船借了箭,赤壁之戰燒得起來也得在對的時機來個臨門一腳,而各大車廠在研發同類型引擎時就是在控制燃燒上卡了關。由於在均質(HC)燃燒下,Mazda不只要能夠壓縮點火,還要能實現傳說中的均質壓燃(Homogeneous Charge Compression Ignition;HCCI)才能達成低排放、高效能之目的,但點火時機難以控制,HCCI投入商用化的最大障礙便在於此。

事實上,管理汽油引擎燃燒溫度非常困難,根據Mazda的研究發現,汽油目標點燃溫度僅有上下1.5℃的容許變動範圍,低於這個溫差太多便會造成失火,反之太高則會產生爆震,但柴油引擎在這方面的容許值就寬裕許多。有鑑於實現均質壓燃(HCCI)光靠提高壓縮比是不夠的,因此必須設法更精確控制點火時機,因此最終還是得導入火星塞點火(SI)來輔助。

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簡而言之,當活塞壓縮行程將混合油氣的溫度提高到接近壓燃(CI)的引燃點時,火星塞會在這個瞬間於燃燒室點火,形成一團微小的火球。這時火球的熱浪和壓力波會成為汽缸內的「可變的第二顆活塞」,在宛若雙活塞的狀態下油氣的壓縮量達到可進行壓燃(CI)的理想溫度並藉此控制點火的時機。所以若產生較大的火球那麼便會提高油氣的壓縮量;反之若處於壓燃(CI)容易運作的範圍內,ECU引擎控制單元則會延後點火正時來縮小火球,只提供必要的壓縮量來達成壓燃(CI)。可為了完成這樣的效果,Mazda除了必須調整火星塞釋放的能量水準調整為Skyactiv G引擎的2倍外,e-Skyactiv X引擎則必須採用專用的火星塞,以具備較長的使用壽命。此外,火星塞的外側電極角度還特別對準了指定的方向,甚至為了更加順利點燃混合油氣,在進氣行程時火星塞就會先釋放出些許能量以便後續的燃燒行程,並且又得在非壓燃(CI)的區間下進行傳統的火星塞點火(SI),只能說即便期待壓燃(CI)為主軸,但火星塞依舊是要角而非配角。

擴大絕對領域

此外,為了能有效擴大均質壓燃(HCCI)的守備範圍,不會只限定在固定轉速才能產生這樣的運作模式。故此Mazda針對活塞進行結構上的調整,透過其尖銳的特殊形狀引起的渦流使火星塞周圍的空燃比(AFR)濃度能相對高一些,達到能妥善產生火球的程度,進而啟動壓燃(CI)點火反應。而說到此處,相信又會質疑為什麼不乾脆提高空燃比(AFR)的燃油濃度,不就能更妥善地產生火球並加以維持了呢?只能說為了低油耗和低排汙的初衷,自然不能打破均質(HC)燃燒的原則。

那麼在均質壓燃(HCCI)實現的瞬間,引擎內部會發生什麼事呢?簡而言之就是缸內放了音速小子在裡頭,點火速度從傳統火星塞點火(SI)20-100m/s的氣流傳遞速度一舉提升至超過333m/s接近音速的程度!試想這顆引擎在妥善運作狀態下有著媲美音波的傳遞效果,燃燒效率自然可以有顯著的提升達20%以上,連扭力都連帶有著更出色的表現。不僅如此,於e-Skyactiv X上最終所形成的均質壓燃(HCCI)轉速區域也在持續精進後從原先的1,000-4,000rpm來到1,000-5,000rpm,等同只要不要過度大腳就不會切換到傳統的火星塞點火(SI),而這就是結合火星塞(SI)和壓燃(CI),形成的火花控制壓燃點火(Spark Controlled Compression Ignition;SPCCI)獨門技術。

當然,在今時今日一顆引擎要能妥善運作需要的絕對不僅於此,儘管e-Skyactiv X已經在設計上有了重大的突破,但仍需要其他配套甚至是縝密的監控方能成為量產的動力單元,因此下一篇則會針對其周邊來進行解說唷!

延伸閱讀

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