「技術瘋子」馬自達又來了，HCCI到底是什麼東西？

05-12

相信關注馬自達的朋友，在前兩天一定看到了一個消息，那就是馬自達將在不久的將來推出第二代創馳藍天「無火花塞」式汽油機。了解發動機的人都知道，傳統汽油機是通過火花塞放電引燃可燃混合氣的，而柴油機則是通過壓燃的方式做功，那麼這究竟是怎麼一回事呢？

其實這項技術叫做HCCI均質充量壓縮點燃，通俗來講就是均勻的可燃混合氣在氣缸內通過壓縮的方式點燃做功。要注意的是，這項技術在上世紀70年代就被提出，並且因為排放法規的緊逼，在90年代掀起過一波研究浪潮，諸如大眾、寶馬等名企都參與其中，但時至今日卻仍未量產。我們不禁會問，它究竟有什麼魔力，吸引了全球的目光，又因為什麼，如今仍不能翻身？

在談HCCI優勢之前，我們先來看看傳統發動機存在哪些毛病。眾所周知，汽油機的油氣混合是在進氣管內進行的，它能使油氣混合更均勻，在充量進入氣缸後，通過火花塞放電引燃混合氣，推動發動機做功。但這種引燃方式造成了燃燒自火花塞附近開始向四周擴散，擴散過程中燃燒部分和未燃燒部分溫度差距明顯，產生的局部高溫容易生成NOx；而柴油機儘管能大致做到同時燃燒，卻因為油氣混合不均，容易發生不完全燃燒等情況。可以看出，傳統汽油機和柴油機各有優勢，卻又普遍存在燃料燃燒不充分以及排放污染等問題。於是，為了解決這些難題，工程師將目光放到了HCCI上。

從理論上講，HCCI汽油機結合了傳統汽油機和柴油機共同的有點，在提升燃油經濟性的同時又不落下汽車動力；同時又由於可燃混合氣分布均勻，不存在局部缺氧的工況，所以燃燒產物很少存在NOx等污染物；並且在該技術的早期研究中發現，使用HCCI的發動機可以簡化燃燒、噴射系統，在很大程度上節省了發動機的製造成本；此外，曾有研究人員表示，HCCI發動機熱效率在理論上能夠超過50%。正是由於這些看得見的、看不見的優勢，吸引了諸多企業參與其中，那麼前景一片大好的HCCI，又是因為什麼，始終不能實現量產呢？

（不同著火方式的火焰傳播路徑）

這又不得不說到HCCI正常運行需要的條件了。由於壓燃需求的條件是超高壓縮比，礙於汽油抗爆性能影響，HCCI最初的定位是幫助柴油機提升性能，不同於通過發動機工況感測計算著火時刻，HCCI的壓燃需要缸內壓力、溫度等一系列難以測試的數據進行控制。這使得研究人員只能通過不斷的試驗採集數據，用經驗法編寫演算法。曾有一段時間，有人提出用缸內二次噴射的方式調節壓燃時刻，雖切實有效，但卻造成充量不均，影響了排放；其次，HCCI技術在冷啟動時難以正常運行，並且在部分工況下，HCCI充分燃燒的速度過快，容易引起爆燃，一套系統不能夠適應所有工況，就勢必要做出改進，研究人員有想過採用兩種燃料等方式進行改進，但收效甚微；最後，HCCI技術在降低NOx的同時，一定程度上增加了CO等排放，當時EGR的不成熟也導致尾氣問題無法解決。所以從上世紀90年代以來，HCCI仍活在實驗室內。

而我們可以看到，馬自達這次推出的HCCI技術，並不是同以往技術一樣基於柴油發動機，而是著手於汽油機，那麼面對抗爆性能不好的汽油，馬自達HCCI的成功率有幾成呢？

經過前面的分析我們可以看到，汽油HCCI最大的難題是如何解決高壓縮比下汽油爆燃問題，相信了解馬自達技術的朋友這時已經會心一笑，因為馬自達創馳藍天發動機，正是利用了14:1的超高壓縮比來提升熱效率，可見馬自達已經解決了汽油HCCI最根本的問題；此外，目前發動機電控水平相比二十年前已經有了質的飛躍，混合氣壓燃時刻可以通過廢氣加熱、VVT等技術進行輔助正時，儘管達不到像現有火花塞一般準確，但也足夠使用，另外EGR技術的發展，很好的解決了尾氣中CO等過多的問題。而在應對不同工況上，馬自達提出在高轉速下使用HCCI，其他工況仍使用火花塞點燃的方式應對，相信以馬自達的實力能夠完美解決。

在車業雜談看來，馬自達這個企業就是喜歡研究這些疑難雜症般的技術，別人摒棄的轉子發動機，他能夠堅持不懈的研究，並在今年繼續推出專利；同樣，儘管HCCI技術也充滿困難，但以馬自達一貫的作風、加上對現有技術情況的分析來看，車業雜談認為，這次的新聞並不是空穴來風，或許在不久的將來，我們就可以看到搭載馬自達HCCI汽油機的汽車了。