Mazda 3《e-SKYACTIV X》壓燃引擎(五)汽油壓縮燃燒粉困難!仍須火星塞相挺

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上回提到一個關鍵問題,那就是賓士、Honda等一線車廠仍在實驗階段的HCCI均質燃燒壓縮點火汽油引擎,實際運轉時,能使用HCCI的轉速範圍相當窄,大約只有2000rpm左右根本不夠用,其它轉速範圍仍是以HCSI火星塞點火方式運作,而且面對過大的溫差與壓力變化還會出現死火問題,不只是整體熱效率不如預期,更無法對應實際道路駕駛狀態。

▲HCCI引擎專用火星塞,造型相當奇特,目的在於燃燒室溫度控制,並非真的要給予一隻番仔火瞬間搞得天翻地覆!然而使用這樣的火星塞之後,燃燒室依然要塞入另一顆普通的火星塞做為一般點火用途,好對應HCCI引擎於不同溫度、壓力、轉速下仍能正常運作。此外,Mazda SKYACTIV X引擎並沒有這個造型奇特的神奇玩意!這也是非常重要的關建設計,且看以下分析。

絕大多數的HCCI引擎都需要火星塞輔助

那麼Mazda SKYACTIV X引擎如何擴大汽油壓縮燃燒應用轉速與範圍?答案就是應用火星塞的增溫輔助,所以SKYACTIV X引擎又稱為火星塞控制壓縮燃燒汽油引擎,沒錯,此引擎還是有火星塞,但這也不意外,因為其它HCCI實驗引擎也都有火星塞,端視如何應用與變化,Mazda並沒有犯規與偷吃步!

根據實驗結果,HCCI引擎燃燒室溫度變化超過3℃就會發生死火問題,實在是過於嬌嫩!至於一般市售汽油引擎於實際道路的行車狀態,燃燒室溫度落差則是會達到50℃的範圍,由此不難理解HCCI汽油壓縮燃燒的條件實在是太過嚴苛!這也是實驗引擎無法市售化的關鍵,完全凸顯理論與實際的差距。

事實上所有的HCCI實驗引擎都有火星塞,但不是普通的火星塞,而是多觸角的特殊設計,造型類似蜘蛛,目的在於增溫,講究「廣」而不是「強」,而非為了產出撼動人心的暴力火花,純粹為了觸發汽油壓縮燃燒,而不是直接點燃汽油。

事實上以傳統汽油引擎之結構設計來說,不可能單純靠壓縮方式將汽油點燃,因為會先產生爆震問題無法正常燃燒,除非藉由副燃燒室等特殊設計才能克服此一問題,但這就是另一門專業學問,將會在其它專題當中探討,因為這牽扯到必須重新設計整顆引擎。然而電動車大軍即將全面來襲,賓士、Honda等車廠不可能砸重本研發結構完全不同的全新引擎(零件、模具、生產線不能共用的話成本很高),既然一線大車廠不可能,可想而知Mazda更不可能!

試問Mazda SKYACTIV X如何在多數情況下,都達成汽油壓縮燃燒目的?答案同樣是使用火星塞增溫,但Mazda更犀利之處,在於使用傳統火星塞來控制溫度,增溫效果更為優異,壓縮點火之工作轉速範圍達到1000~4000rpm,也就是HCCI狀態之可用轉速達到3000rpm,足以應付多數行車狀態,除非您已習慣拉轉速過日子!至於1000rpm以下、4000rpm以上,依然是一般汽油引擎的火星塞點火模式,但這乃是第一代SKYACTIV X引擎的調校結果,新一代e-SKYACTIV X調校更好,汽油壓縮燃燒模式已經可以達到4000rpm的可用轉速範圍,節能功效更為優異,相信動力輸出也會更精彩。

至於Mazda的關鍵技術為何?當然是精確控制火星塞的火花強度,昇溫速度過快可不行,會直接點燃汽油,那就不是壓縮燃燒了!但是在無法使用汽油壓縮點火的情況下,火星塞依然會以高功率方式運行,以免發生死火危機。

但整體來說,Mazda SKYACTIV-X引擎最厲害的地方,就是使用一般汽油引擎的火星塞,同時達到壓縮點火與火星塞點火雙重目的。這有幾個好處,其一是降低成本,其二可以在HCCI與HCSI不同運作模式下使用同一顆火星塞,如此一來就不需要複雜又昂貴的單汽缸雙火星塞架構,講白話就是省錢又省事啦!完全符合Mazda「基石堆疊策略」,將現有技術向上累積以達顛峰,相反的研發模式就是砍掉重練。如此看來SKYACTIV-X於內燃機科技領域確實做出非常大的貢獻與啟發,因此獲得2018愛迪生引擎改進金獎殊榮毫不意外。

▲SKYACTIV-X汽油引擎工作原理雖然類似柴油引擎的壓縮燃燒設計,但是原廠乃是以既有的SKYACTIV-G缸內直噴汽油引擎為基礎加以修改,並非從柴油引擎加以延伸,因為SKYACTIV-X引擎仍需要「火星塞」這個東西,但是更稀奇的是此引擎可以使用一般的火星塞,不需要使用HCCI引擎專用火星塞,可以節省成本與不必要的麻煩。

▲如果SKYACTIV-X引擎必須採用雙火星塞設計,整個汽缸頭必須重新開發,不算是小工程,而且無法沿用之前的零件,基本上Mazda不會也沒也本錢做這樣的事,所以SKYACTIV-X科技看似簡單,實際上一點也不簡單。

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(五) 汽油壓縮燃燒粉困難!仍須火星塞相挺

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共3則回應
wjj super
2022-03-30 11:39:59

【國內新訊】Mazda 3 e-SKYACTIV X 122.8萬元起限量上市

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訪客
2022-02-18 12:02:45

訪客:

希望啊。

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wjj super
2022-02-17 23:38:56

剩下妥善率與售價抬高多少了。

希望不要發生該公司柴油引擎在台灣的案例,之後還全面退出台灣市場。

希望他SKYACTIV-X能成功。如果再加上油電,或許會檔到電車的路喔!!

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