马自达SKYACTIVG25燃

摘要

基于马自达对技术发展的长期愿景“可持续”Zoom-Zoom“宣言”,开发了高水平结合驾驶乐趣和环保性能的新系列汽油发动机“SKYACTIV-G”,并具有在市场上很受欢迎。有。此次开发了“NewSKYACTIV-G2.5”,进一步进化了可随意驾驶的输出性能、大范围行驶范围内的良好燃油经济性和清洁排气性能三点,以及新的CX-5。它被安装在。该发动机有可能符合欧洲Euro6d法规,该法规对废气中的颗粒物数量(PN:ParticleNumber)进行了额外规定。本文将重点介绍降低PN的燃烧技术,介绍新发动机的燃烧概念和突破的新技术。

1.前言

马自达提供卓越的环保性能和高水平的驾驶性能我们开发了体现“可持续”Zoom-Zoom“宣言”的“SKYACTIV-G”上市,并通过为客户提供驾驶乐趣而受到好评。为了继续满足客户的进一步期望,将继续提高模式/实用燃油效率的竞争力,通过提高燃油效率/驾驶来提高客户满意度,并遵守将从起收紧的欧洲Euro6d法规。年9月,开发并集成了“新型SKYACTIV-G2.5”,作为新型CX-5的动力源。

本文重点介绍新型发动机降低PN的燃烧技术,介绍了从理想中实现倒推的燃烧概念,以及为实现它而引入的突破性技术。

二、开发理念及主要规格

2.1发展理念

以最终的内燃机为目标,马自达设定了有助于发动机效率的七个控制因素,并正在努力使其更接近理想状态(图1)。传统的“SKYACTIV-G”(以下简称“传统型”)通过提高压缩比、创新燃烧技术、降低阻力实现了第一步。这款“新SKYACTIV-G2.5”(以下简称“新”)发动机超越了小型化发动机,发动机开发理念向1.5级进化,进一步提高效率,主要集中在停缸和冷却水控制上,实现了燃油经济性。消耗率并提高了输出性能。

另一方面,围绕乘用车汽油发动机的环境法规那么,在欧洲欧6之后,将增加规范废气中颗粒物数量的PN法规。大量的PN是在氧气很少的富燃料状态下燃烧产生的,即附着在燃烧室壁面(缸套、活塞等)上的燃料的燃烧和局部富集的空燃混合气的燃烧在气缸中(图2)。)。因此,在提高输出、燃油效率和其他排放性能的同时,着眼于减少附着在燃烧室壁表面的燃油量和提高缸内均匀性,以减少PN为目标开发新车型。

图1内燃发展的愿景

图2PN排放因子

2.2主要规格和性能

表1显示了新型号的主要规格。在新模型中,模式①:我们为AWS(AcceleratedWarm-upSystem/催化剂提前预热)的每个工作区域设计了理想的缸内混合气分布,模式②:轻负荷运行,模式③:高负荷运行(图3),并且比传统类型更多。新开发了一项突破性技术(详细信息将在后面描述),以实现发动机性能和PN降低。通过这些技术,确认了与传统车型相比,PN排放量已显着降低,同时,其他发动机性能也得到了显着改善。图4显示了NEDC(新欧洲驾驶循环)中的验证结果。

表1规格

图3各工况下的空燃混合气

图4NEDC排放与油耗对比

图5突破性技术

3.突破性技术

如上所述,新车型为了降低PN,着眼于减少附着在燃烧室壁面的燃油量,提高缸内均匀性。图5显示了PN产生的原因、对策、与之相关的主要问题以及新模型中开发的突破性技术之间的关系。

在3.1中,燃烧稳定性和AWS中的PN减少是兼容的,在3.2中,高负荷运行和轻负荷运行中的PN减少是兼容的,在3.3中,关于即使在劣化期间也建立1和2的喷雾劣化抑制技术,以及3.4.现在,我们将介绍(1)用于喷射控制优化的最小喷射量减少技术和(2)通过喷射正时优化的PN减少。

3.1AWS中的燃烧稳定性和PN减少

AWS控制延迟点火正时并提高排气温度,以便在启动时尽快激活催化剂。由于延迟点火正时是燃烧稳定性的不利条件,燃烧稳定性是通过将燃料喷雾捕集在活塞腔内,将燃料收集在火花塞火花部分,形成弱分层来保证的。然而,当在活塞腔内截留燃油喷雾时,燃油粘附在活塞上会导致PN产生。

因此,新机型通过优化喷油器喷孔规格,采用激光加工,加工精度高,提高了喷雾平均当量比和喷雾长度,同时保持了喷雾的紧凑性。图6显示了传统和新型喷射器的喷雾比较结果。

此外,如图7-9所示,火花塞与传统型相似,同时通过增加喷油压力和优化喷射分段数来减少附着在活塞上的燃油量,同时改进了喷洒。附近的A/F是安全的。

结果,如图10所示,在AWS的稳态运行条件下可以显着降低PN。

图6喷雾特性比较

图7喷雾和注射策略的效果

图8AWS活塞上油膜对比

图9AWS点火正时气缸内A/F对比

图10AWSPN排放量比较

3.2高负荷运行和轻负荷运行的PN降低

在高负荷运行时,强烈的流动使喷雾流动,在气缸内形成局部浓空燃混合物并产生PN。因此,为了克服流动,在气缸内形成高度均匀的空燃混合气分布,就必须实现具有更强穿透力的喷射。

另一方面,由于在轻负荷运转时空气量较少,因此担心附着在燃烧室,特别是衬套上的燃料量会增加,并且由于喷雾克服弱点,PN会增加。流动。因此,以穿透力较弱的方式喷射是理想的,这使得燃料难以粘附。

为实现这两者,新机型进行了上述喷雾改装。除了优点之外,喷雾长度的动态范围还通过增加燃料喷射压力和优化喷射分段数而扩大(图11)。

结果,如图12-14所示,高负荷运转范围内的浓混合气量和轻负荷运转范围内的燃料附着量均减少。

图11喷雾穿透动态范围比较

图12喷雾和注射策略的效果

图13高负荷点火正时气缸内A/F比较

图14轻载油膜对比

3.3抑制喷雾变质

在新型号中,通过改进上述喷雾减少了PN,但是如果沉积物附着在喷射器尖端的喷射孔上,则担心喷射量会减少并且喷雾会发生变化,从而导致PN排放的增加。

这种喷射器喷射孔沉积物是在喷射的燃料粘附到喷射器的尖端并且燃料因发动机的燃烧而燃烧和硬化时产生的。

因此,验证了发动机测试前后的喷雾,使用A型和B型两种类型的喷油器在喷射孔上附着沉积物(图15),并测量了沉积物附着试验前后的PN排放量.经验证(图16)。与B型相比,A型即使附着有沉积物也能抑制喷射变化,此外,可以抑制沉积物附着试验后PN排放的增加,因此新型号采用了A型。

图15喷雾形状对比

图16NEDCPN排放对比

3.4喷油控制优化

(1)扩大分流注射面积,减少最小注射量如图17所示,新机型最多3次分流喷射,而不是传统的最多2次分流喷射,分流喷射的操作范围进一步扩大。与此同时,我们研究了从硬件和软件两方面减少最小喷射量的方法,作为实现每个运行区域不同缸内混合气分配要求的喷射量控制的推动因素。

注射器通过给线圈通电来拉起针头,并通过通电时间控制注射量(图18)。但是,当针头被提升到最大时,由于芯子与连接器碰撞的冲击会发生弹跳,从而导致注射量的变化,并且这种变化在注射量较小的区域变得特别大.

图17注入策略

图18新进样器示意图

(2)通过估计燃烧室壁温进行PN抑制控制

除了上述喷洒等改进外,还加入了基于燃烧室壁温估计的PN抑制控制,以进一步减少PN排放。

例如,当在减速期间启动燃油切断或i-stop控制时,燃烧室中的壁温与正常运行期间相比会下降。因此,即使附着于壁面的燃料量相同,燃料也难以气化,PN排放量有可能增加。因此,通过估计燃烧室中的温度并根据估计温度从原始喷射正时进一步延迟喷射正时,抑制了粘附到活塞的燃料量并减少了PN排放量。

4。结论作为SKYACTIV-G2.5的升级版,我们引入了全新SKYACTIVG2.5的燃烧技术。通过使其更接近理想的内燃机,我们旨在改善环境性能并随意驾驶。如果它可以成为客户可以长时间继续骑行的产品,那就太好了。

将继续研发极限燃烧,进一步提高环保性能,让孩子们留下一个美丽的地球。

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