压缩比的跷跷板-稀薄燃烧爆震之殇

稀薄燃烧一定会带来爆震倾向性的增加,这是物理界限,并非哪家企业可以左右,想要提升这种现状,要么像比亚迪骁云那样的多循环缸盖冷却,要么像马自达创驰蓝天X发动机直接进行缸内监测,别无他法

——懂车老王


前一期我们讲了马自达创驰蓝天X系列发动机的一些先进技术,包括增压器的设定、稀薄燃烧的设定。

67号臭氧发生器的设定并没有出现在中国区域X发动机当中

关于压缩比这一块,老王看到很多 友都在说Skyactiv-X到了国内压缩比改成了15:1左右,而日本本土的原版是16.3:1,怎么理解这个事儿?

实际上除了适配不同辛烷值油品以外,这里面还有深层次原因,在一定阈值内,提高压缩比确实是可以提高热效率上线的,这也是马自达追求高压缩比的原因。

但是当压缩比提高到一定程度,热效率提高将不明显,这一点后面我会讲公式。我需要先跟大家讲清楚压缩比到达这个级别,对爆震的抑制,燃烧稳定性控制也变得越来越难,需要对排气歧管的走向、EGR循环、配气机构和冷却系进行深度优化,所以目前多数汽油机压缩比上限也就是14左右,而中国区域的Skyactiv-X的15:1其实是适配油品占了主要矛盾,

而并非减配或者有意不同步。而且最关键的是对于一家车企来说,开发两种不同压缩比的标定数据成本是很高的,如果不是因为油品的适配原则,是绝对不会贸然搞中外不同步的,这一点大家最好理性理解一下。

当然就近期比亚迪发布的DM-i的骁云1.5NA发动机的43%高热效率来讲,也是通过类似的手段,将发动机的压缩比控制在15.5:1左右,带来的较好的热效率。那么我们需要重新理解关于压缩比、比热比、热效率三者之间的关系,就还是这个公式。

比热比:描述气体热力学性质的一个重要参数,定义为定压比热cp与定容比热cv之比,在空气动力学中,空气的γ值常取为1.40,喷气发动机中的燃后气体的γ值常取为1.33,火箭发动机中的燃后气体的γ值则常取为1.25。所以汽油发动机这个数值就不要想过多调整了,基本就是上图的第二条线,1.4来算。剩下的就是压缩比和热效率的基本关系。

压缩比:

另外,马自达主要是靠着高压缩比的活塞来达成的,和上一代G系列不同,这一代X系列的活塞冠面设计得更巧妙。

X系列活塞和盆式的G系列有着显著区别

那么既然说到稀薄燃烧和高压缩比这种设定,实际上光有前面的高响应进气系统是不够的,因为爆震的监测,需要更有效的手段。

内燃机爆震侦测方法一般分直接和间接两种。传统爆震诊断和控制往往是后者,通过测量缸体振动噪声和缸内压力峰值来识别爆震,

一定程度上造成了信号的失真,因为通过缸内压力振荡引起的缸体振动的强烈程度来判断的缺点,就是缸体振动会受到车辆的机械传动等其他系统的直接影响,得到的信号不能直接反映爆震信息,这一点缸数越多越明显,这不马自达6缸也要出了么

由于排放标准的限制Mazda 6缸版本车型或许在国内上市有些困难

如果创驰蓝天想平台化,这种做法也算是提前布局了。其次,通过测量发动机噪声的声压级大小来识别爆震也存在着来机械噪声对燃烧噪声的干扰,信噪比较差。所以目前发动机只要没有缸内压力传感器的前面无论是压缩比还是空燃比都不敢调得太高,因为这些参数越高,对信号的灵敏度要求越高。

大家应该理解一下信噪比,就是信号噪声的比

信噪比的解释:信噪比一般我们的计量单位是dB,其计算方法是10lg(Ps/Pn),其中Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率,也可以换算成电压幅值得比率关系:20Lg(Vs/Vn),Vs和Vn分别代表信号和噪声电压的“有效值”。比如在监测系统中,我们希望除了放大信号外,不应该使得其他任何额外的东西也一并增加,这样会突出不了信号,所以理论上来讲,多数时候信噪比应该越高越好。

但马自达为了SPCCI的精确度,直接通过传感器测量缸内的情况,这样优点就是比较直观和精确引导控制点火。有了这套系统通过不断观察燃烧室的情况实时补偿和预期结果的偏差,确保了持续优化的燃烧。无论是缸内燃烧状态的测量、火花塞精确控制、还是根据油品质量、调整点火提前角都有帮助。上述这一切,让马自达SPCCI将压燃区域扩大到了更大的节气门范围,并且实现了压燃和火花塞点火之间的平稳切换。那么问题来了,这套传感器可是直接塞到燃烧室里的,那么耐久度如何?

关注老王,我们下一期讲解一下,马自达看似神秘实际却很实用的技术,缸内爆震传感器!

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