马自达创驰蓝天X发动机SPCCI技术与M-HYBRID轻混动力系统解析(三)

◆文/江苏 高惠民

高惠民(本刊编委会委员)

曾任江苏省常州外汽丰田汽车销售服务有限公司技术总监，江苏技术师范学院、常州机电职业技术学院汽车工程运用系专家委员，高级技师。

增压器使用电磁离合器(图29)，根据发动机目标扭矩和转速切换离合器。 如果需要维修，更换离合器总成。

图29 增压器电磁离合器影像图

进气流动方向如图30a和图30b所示。在切断电磁离合器45时，增压器44关闭,旁通空气阀 48为全开。由此，在进气通路40中流动的气体绕过增压器44，即不通过增压器44和中间冷却器46，而通过旁通通道47流入到缓冲箱42(如图30a所示的实线箭头)，之后被导入至发动机燃烧室17。此时，发动机以非增压，即自然进气的状态运转；在将电磁离合器45接合时，增压器44接通，即在进气通路40中流动的气体通过增压器44和水冷增压空气冷却器(中间冷却器)46之后流入到缓冲箱42(参照图b所示的实线箭头)。 此时，当旁通空气阀48打开时，通过了增压器44的气体的一部分从缓冲箱42通过旁通通路 47而倒流到增压器44的上游(参照图b所示的虚线箭头)。这样的气体的倒流量根据旁通空气阀48的开度而变化。进气通路40内的气体的增压压力能够根据第二进气压力传感器(增压器压力传感器)的信号，通过旁通空气阀48的开度调节来控制。

图30 非增压与增压时进气流动方向示意图

中冷器结构如图31所示。在上期文章中进气系统布置示意图中我们了解到，该止回阀是一个单向阀，通过管道将曲轴箱油气送至增压器轴承区域起润滑作用。 增压器工作时，止回阀防止该油气回流。

图31 水冷增压空气中间冷却器影像图

转速传感器测量增压器箱齿轮转速。齿轮油密封在齿轮箱中。更换齿轮油时，应按照图32所示将增压器竖立起来。为防止轴封漏油。

图32 增压器齿轮箱机油加注口位置图

(4)涡流控制阀SCV(SWIRL CONTRGL VALVE)如图33所示。燃烧室内涡流产生如图34所示。

图33 涡流控制阀影像图

图34 燃烧室内涡流产生示意图

SKYACTIV-X发动机的进气歧管由两条进气通路，涡流控制阀56设置于进气歧管的副通路402上，对副通路402的截面进行节流的开度调节。涡流如图34中的逆时针方式回旋(也可参照如图54的空心箭头)。 当涡流控制阀56的开度小时，从在发动机纵轴方向上排列的第一进气端口181流入到燃烧室17的进气流量相对增加，而从第二进气端口182流入到燃烧室17的进气流量相对减少，因此，燃烧室17内的涡流变强。 当涡流控制阀56的开度大时，从第一进气端口181和第二进气端口182分别流入到燃烧室17的进气流量大致均等，因此，燃烧室17内的涡流变弱。当将涡流控制阀56设为全开时，不产生涡流。涡流的强度用“涡流比”来表示(“涡流比”是将针对每个气门升程测定进气流横向角速度并积分而得到的值除以发动机角速度所得到的值)。

图35所示为涡流控制阀56的开度与涡流比的关系。图35中通过副通路 402的相对于全开截面的开口比率来表示涡流控制阀56的开度。当涡流控制阀56为全闭时， 副通路402的开口比率为0%；当涡流控制阀56的开度变大时，副通路402的开口比率变得大于0%；当涡流控制阀56为全开时，副通路402的开口比率为100%。例如，发动机运转在SPCCI模式的低中负荷运转时，涡流控制阀56设为全闭或关闭规定的角度。由此，在燃烧室17中形成涡流比为4 以上6以下的强的涡流。当增强涡流时，燃烧室17内的紊流能量变高，与燃油形成叠层化混合汽。因此，火花点火后，基于火焰传播的SI稳定化，从而CI燃烧在适当的时刻开始。即，在SPCCI燃烧中，CI燃烧的控制性提高。其结果是，抑制循环期间中的转矩的偏差，实现油耗性能的改善。同时兼顾了抑制燃烧噪音的产生。

图35 进气歧管的副通路开口比率与涡流比关系图

2.排放(后处理)系统

发动机后部主要是排气系统，采用处理后再排放废气的系统。主要由废气再循环(EGR)系统、三元催化与汽油颗粒滤清器(GPF)组成。另外，有害气体排放系统还包括燃油蒸汽净化和PCV回收曲轴箱未燃气体系统。图36是排放系统组成图。

图36 排放系统组成图

(1)三元催化与汽油颗粒滤清器

三元催化与汽油颗粒滤清器(GPF)如图37所示。三元催化与汽油颗粒滤清器结合在一起。 汽油颗粒滤清器与柴油颗粒滤清器(DPF)结构相似，如图38所示， 利用压差传感器监测累积速率。 GPF容量比DPF小，再生间隔比DPF长。 SKYACTIV X发动机烟尘颗粒物即PM排放量很小。大多数条件下PM能自发燃烧，因为汽油机废气温度比柴油发动机温度高。 GPF采用堇青石蜂巢式过滤器,交替阻塞过滤器两端，过滤器内壁有排列小孔收集颗粒物，然后在车辆行驶时燃烧并清除，图39所示为GPF废中气收集的PM并清除的原理。如果PM量超过规定值，PCM打开颗粒过滤器报警指示/报警灯，并执行自动颗粒过滤器再生，加速PM燃烧和清除。

图37 三元催化与汽油颗粒滤清器(GPF)影像图

图38 汽油颗粒滤清器(GPF)内部结构剖面图

图39 汽油颗粒滤清器(GPF)在废中气收集、清除PM原理示意图

如PM量大大超过规定值，PCM闪烁颗粒过滤器报警指示/报警灯，通知驾驶员执行自动颗粒过滤器再生。发动机ECU(PCM)根据累计颗粒物质数量，打开/闪烁/颗粒过滤器报警指示/颗粒过滤器报警灯和发动机故障指示灯，提示颗粒过滤器再生。图40所示为GPF报警提示程序。

图40 汽油颗粒滤清器(GPF)报警提示程序图

汽油颗粒滤清器再生控制分为 ：

①正常行驶颗粒过滤器再生控制

排气温度500℃或更高且有空气，颗粒物被燃烧并消除。发动机排气温度高于柴油发动机排气温度，在减速停止供油控制同时被燃烧并消除。

②自动颗粒过滤器再生控制

颗粒物累积执行自动颗粒过滤器再生以燃烧和消除颗粒物。自动颗粒过滤器再生控制启动条件 ：发动机完全预热(冷却液温度：80℃或更高)；车速：20km/h或更快之后(废气温度：600℃或更高)；颗粒物质累计数量：15 200mg或更少(如累计颗粒物数量达到15 200mg或更多，禁用自动颗粒过滤器再生)；行驶时间：约30min(行驶时间根据驾驶条件变化。颗粒物被燃烧并消除后，报警指示/报警灯熄灭)。

颗粒过滤器再生启动后，累计颗粒物数量约为100mg或更少为止。

③强制汽油颗粒过滤器再生控制

使用马自达诊断仪执行强制颗粒过滤器再生程序。

执行强制颗粒过滤器再生时，提高怠速并在低浓度A/F条件下延迟点火正时，燃烧和消除颗粒物质。

强制颗粒过滤器再生期间自动操作冷却风扇高速运转，完成强制颗粒过滤器再生，待冷却发动机之后继续操作5min。

强制颗粒过滤器再生控制执行条件： 发动机完全预热(冷却液温度：80°C或更高)；车辆停止时怠速(未操作油门踏板或离合器踏板)；位于空挡(MTX)或P挡(ATX)；未存储除P2463以外的DTC强制颗粒过滤器再生控制(继续再生，直到累计的颗粒物质数量达到100mg或更少为止)。a.保持发动机在2 500r/min以消除颗粒物质，并全速运转冷却风扇冷却发动机；b.继续再生直到累计的颗粒物质数量达到100mg或更少为止；c.当累计的颗粒物质数量达到100mg或更少时降低至正常速度。如果不符合强制颗粒过滤器再生条件，完成强制颗粒过滤器再生并降低发动机转速。

(2)废气再循环(EGR)系统

如图41所示。利用GPF净化废气，降低再循环废气中部件受到污染。 SKYACTIV X发动机使用外部冷却低压废气再循环(LP-EGR)系统进行EGR。EGR压力传感器检测EGR阀前后压差，精确计算再循环废气。

图41 废气再循环(EGR)系统部件影像图

EGR阀采用DC电机、内置位置传感器。根据PCM电流开启EGR阀。EGR使用冷却液冷却废气，降低燃烧室温度。图42是EGR阀安意装位置示图。

图42 EGR阀安意装位置示图

如文章前面所述，当发动机处于高负荷区域运转状态时，使温度下降后的EGR气体(已燃气体)向进气通路回流导入至燃烧室，这样一来，将作为非活性气体的EGR气体因温度下降而减小了波及到燃烧室内的热影响。因此，能够降低高负荷区域燃烧室的温度，有利于防止压缩行程中的过早点火、爆震等异常燃烧以及NOX的产生。另外，EGR气体的温度下降，能够提高导入至燃烧室的气体密度以提高充量效率。而且，冷却EGR气体的导入，即使不依赖于设于进气通路的节流阀也能够调节燃烧室内的氧浓度，降低泵损失。在此基础上，通过抑制燃烧室内的燃烧温度还能够降低冷却损失。改善发动机的油耗。

发动机高负荷区域中运转时，外部冷却EGR气体相对于全部气体的比例按质量比设为25%以上且35%以下。当质量比超过35%时，SI燃烧变得不稳定，不能再改善发动机的油耗。图43所示为外部冷却EGR与发动机负荷以及燃油消耗关系。

图43 外部冷却EGR与发动机负荷以及燃油消耗关系

(未完待续)