发动机工作循环简介-发动机原理

知识目标

通过对本章的学习，学生应掌握示功图的含义，掌握发动机理论循环的假设条件，掌握影响理论循环热效率和循环平均压力的影响因素，掌握理论循环和实际循环的差异。

情景导入

2017年8月，日本马自达汽车公司公布了未来动力总成发展规划，并宣布全新一代创驰蓝天发动机将会在2019年量产。这台发动机最大的亮点是使用了类似柴油机的压燃技术，可以说是又一次和主流技术背道而驰。下面解读这台压燃汽油机。

问题1：为什么柴油机耐用、省油、低速动力更好甚至碳排放更低，但在乘用车领域的市场份额大大落后于汽油机？没错，柴油机更省油、碳排放更低，这正是马自达新一代发动机采用均质充量压燃（HCCI）技术想要达到的效果。但是，为什么不直接用柴油机呢？

回答：因为柴油机噪声大、振动大，冷起动相对困难，高转速下动力表现差，这不仅是柴油机的缺点，其实也是压燃技术的缺点，而这些是马自达想尽力避免的。

问题2：为什么汽油很难压燃？

回答：柴油自燃点低，可以被压缩产生的热量点燃，能够采用稀薄燃烧技术，即采用空气和燃油质量比远超过14.7（黄金空燃比）的空气去和柴油雾化混合，充分释放每一克燃料的能量；而汽油自燃点更高，如果想要压燃，则需要更高的压缩比，但压缩比越高，越容易产生爆燃，因此必须借助外力点燃（火花塞）。

由以上分析可知，汽油机应用HCCI技术需要重点解决两个问题：

（1）如何把汽油压燃？(www.xing528.com)

（2）如何避免压燃产生的振动大、高转速下动力表现差等问题。

马自达创驰蓝天发动机技术的关键点如下。

关键点一：均质燃烧

HCCI技术的关键点就在于“均质”，即希望发动机在做功冲程时缸内各处的油气混合物浓度一致，从而在提高压缩比（保证汽油能被压燃）的同时避免爆燃。做功冲程开始后，正常情况下火焰应该从起爆点开始一直向外蔓延，自上而下依次点燃燃料，以达到最高的效率。但实际燃烧过程中，缸内某些靠近缸壁或活塞的位置由于混合气浓度过高或压力不均等原因，有可能先自燃了，进而导致混合气爆炸产生的冲击波和按正常顺序燃烧产生的力量较劲（做负功），此时就会产生爆燃，导致发动机抖动、动力下降、油耗增加等问题。也就是说，即便压燃汽油需要使用更高的压缩比，如果能让缸内各处的混合气浓度一致，也能在很大程度上减少异常燃烧，从而避免爆燃。从已知的信息中可知：马自达现已在一代创驰蓝天发动机上采用更高压力的燃油泵和高压喷油嘴，通过更大的压力使汽油雾化更充分，加速和空气的混合，力求实现让缸内混合气浓度均匀的目标。

关键点二：更多的空气供给

想要达到稀薄燃烧就需要更多的空气，在新一代的创驰蓝天发动机上，马自达将会用高速响应的空气供给单元，配合对节气门阻力的优化，以达到充足的进气量以及更好的加速响应。

关键点三：并不是没有火花

在新一代创驰蓝天发动机中，马自达提出了火花控制压燃（SPCCI）技术。通过对可变气门正时、喷油系统、点火系统等采用上述综合电控策略，实现火花塞点火与压燃点火之间的无缝切换。在部分工况下，可以采用HCCI技术，而在冷起动、高转速等不适合采用压燃的工况下限制压缩比，转而采用传统火花塞点燃（SI）的模式。发动机可在不同工况下选择最优工作模式，在保证动力的同时，最大程度减少油耗和排放。