1.SKYACTIV-X发动机燃烧控制

    HCCI本来的概念是“自燃”，由于汽油机燃料挥发性好，易形成均质混合汽，但其缺点是着火温度高，不易自燃。SPCCI采用火花点火是一种可快速投入的能量，如图17所示。当压缩终点的混合汽状态接近临界着火条件时，瞬间引入的火花点火能量可使局部混合汽超过临界着火条件从而开始燃烧。由此产生的温度压力升高又激发了周围混合汽发生自燃。在残余废气含量较多的稀薄混合汽中，火花点火虽然不能产生大面积火焰传播，但在HCCI接近临界着火状态下火花点火可以提高着火的可靠性。火花点火是十分成熟的技术，同时考虑到产业化的HCCI汽油机可能是多种燃烧模式（压燃与点燃）复合使用，因此火花塞始终点火并无技术和成本上的困难，反而比其他方式控制起来更方便。

    SPCCI燃烧出现两个阶段放热，第一阶段放热速率比较平缓，是由火花点火和一定范围内的火焰传播造成的（图18a中Si区间，马自达称其为“空气活塞”再压缩作用，来提高混合汽自燃温度）；第二阶段放热速率很快，是由剩余混合汽同时自燃造成的（图18a中CI区间）。这种火花辅助点火压缩点火与混合汽浓度分层控制方法相结合，可以更好地控制着火时刻以及控制最高放热速率（因而也控制了最高压升率）等燃烧特性，也抑制燃烧噪音。另外，在发动机过渡工况（工况或燃烧模式变化时），SPCCI可以避免失火，减小循环波动。由图18b可以看出，SPCCI燃烧时的N OX排放和指示油耗介于传统火花点火燃烧（SO与HCCI燃烧之间。

2．压缩比控制

    提高压缩比可以提高压缩终点温度，使汽油混合汽自燃，汽油机若实现压缩着火一般要将压缩比提高到15～18以上，但是，能形成低负荷稳定着火的压缩比往往会引起高负荷时的爆燃。最理想的方法是采用可变压缩比。SKYACTIV一发动机运行中，为了确保高扭矩输出，而将几何压缩比设为15～16（在欧洲为16：1），并且在高负荷时，通过进气门迟闭，减小发动机的有效压缩比相对于几何压缩比的允许的降低幅度，配合SPCCI燃烧切换至SI燃烧。

3．混合汽浓度控制

    由着火的基本理论可知，混合汽浓度在化学计量比附近（λ=0. 8-1. 0）时最易自燃着火。为同时保证总体空燃比处于稀混合汽范围，采取形成浓度分层的稀薄混合汽，即中心区域为λ＜1.0的浓区以使自燃着火容易，其余区域为λ＞1.0的稀区以使总体空燃比偏稀。与空燃比相同的完全均质混合汽相比，这种分层混合汽方式不但提高了汽油HCCI的着火可靠性，而且两区或更多区的顺序着火有利于大负荷时抑制爆震的发生。当然这种“分层”的思路表面上看有悖于HCCI原本的“均质”的理念，但实际上在各个区内还是遵循均质的原则，因而是一种辩证的均质。如图19所示，该图为汽缸的俯视图。

    与目前汽油发动机高滚流比的设计不同的是，SKYACTIV-X通过一个涡流控制阀实现了高涡流比的设计，这类似于柴油发动机，混合汽绕着汽缸壁面高速旋转。通过不同时刻的喷射策略，在火花塞周围形成较浓的混合汽，在其他区域形成超稀薄的混合汽，通过火花塞点火，形成压力波向四周扩散，实现压燃。这里，由于燃油雾化和混合时间非常短，对燃油喷射系统的要求非常高，燃油直喷系统的喷射压力达到了70MPa以上。另外，为了形成均匀的火核，喷油器也区别于传统汽油发动机的扇面形状，10个喷孔呈现均匀分布喷射，确保新鲜空气或燃烧后的废气参与混合。

[1] [2] [3]  下一页