马自达H族引擎

马自达H族引擎是由日本马自达汽车公司研发、生产的往复式活塞直列四缸DOHC汽油引擎,全球首具量产的压缩点火(将汽油以压燃的方式燃烧,而非传统的点燃)汽油引擎。该系列引擎自2020年起陆续发表,一般原厂统称为SKYACTIV X引擎。

概要

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SKYACTIV X引擎采用火花控制压燃点火技术(Spark Controlled Compression Ignition,缩写成SPCCI),以柴油引擎的压燃点火技术应用在汽油引擎上,达成稀薄燃烧的目的,利用火花塞控制压缩点火的时机及15:1的超高压缩比,实现兼具柴油引擎省油、高扭力以及汽油引擎高转输出、低排放的优点。先前美国通用汽车、德国戴姆勒汽车、韩国现代汽车均曾从事相关研发工作,最后却无疾而终,主因在于难以控制引擎爆炸产生动力的时机[1]

汽油喷入气缸内燃烧的过程属于预混动烧,在空燃比的限制下不可能无止尽地缩减喷油量以达成节能之目的,因为一旦空气与汽油的混合比低于可燃极限(flammability limits)便会造成不点火(misfire)。为了突破空燃比的限制必须让汽油自燃,然而一般汽油的自燃温度为280℃上下,因此营造气缸内燃烧环境的条件要比柴油引擎严苛。在不大幅更动内燃机结构的前提之下,快速压缩空气(或混合气体)是一种可以直接营造此种高温燃烧环境的有效方式[2]

马自达提出的SPCCI火花控制压燃点火技术,其运作原理是进气行程时先喷入燃油,随后进气门关闭、活塞上行开始压缩混合油气。待活塞接近上死点时,喷油嘴再度喷入少许燃油,火花塞也在此刻同时点火,于是在燃烧室上端形成一个小型火焰球。随着这团火焰球向下扩张(原厂称为“空气活塞”[3]),配合活塞上行的压缩,因此“上下一起压缩”将油气压燃。为了帮助压燃进气点火,进气端还设置了一具鲁氏机械增压器。总括而言,SPCCI技术在同一个燃烧循环中融合了分层燃烧与均质燃烧的概念,亦可视为引擎在轻微爆震的状态下运作。

严格来说SKYACTIV X引擎只是融入压燃的概念,其运作方法与柴油引擎仍存在着相当大的差异。第一个差异是点火方式及点火正时英语Ignition timing,前者仍须仰赖火花塞,后者则是喷油即点火。其次SPCCI模式仍是以奥图循环(Otto cycle)或阿特金森循环(Atkinson cycle)(马自达习称为“米勒循环”)运作,亦即学理上所谓的“等容循环”,与柴油引擎的“等压循环”并不一样。第三个差异是前者所压缩的是混合油气,后者则为纯空气。最后一点是原则上可将SKYACTIV X引擎当作均质燃烧,柴油发动机则是非均质燃烧。

2020年11月加入中度混合动力24V油电系统,原厂称之为“e-SKYACTIV X[4]。此套系统由ISG整合式启动发电机(Integrated Starter Generator)、DC/DC直流电转换器、24V锂离子聚合物电池制动动能回收系统等四种元件组合而成,可将制动动能回收储存在电池里,然后将电能供应给音响、全车灯光等电装品使用,以减轻引擎发电的负担,并且让i-Stop怠速熄火系统的启动更柔和。

2.0L(HF-VPH型)

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马自达博物馆所展示的SKYACTIV-X引擎

排量1,997c.c.的HF-VPH型引擎之缸径为83.5mm、冲程91.2mm,压缩比15.0:1(日规版)或16.3:1(欧规版)。采用水冷式直列四缸、DOHC、16阀门之设计,最大马力为180ps / 6,000rpm或190ps / 6,000rpm(SPIRIT1.1改良版)、扭力峰值为22.8kg・m / 3,000rpm或24.5kg・m / 4,500rpm(SPIRIT1.1改良版)。车型:

  1. 第四代马自达3
  2. 第一代马自达CX-30

参见

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参考资料

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外部链接

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