除了涡轮增压，还有HCCI这条路？（二）

【引言】关于HCCI的技术解读又来了，这次你准备死多少脑细胞？

上一篇中，我们简单聊了HCCI发动机的工作原理和优弊长短（点击文末“阅读原文”），文章最后我们卖了一个关子，现在是时候补上续集了。

从我们长期接触到的宣传来看，马自达似乎是HCCI发动机最坚定的拥簇。在发动机之父人见光夫执政下的马自达技术部门，准备用Miller/Atkinson循环与涡轮增压竞争。有点可惜的是，我们并没有找到任何马自达关于HCCI研究进展的资料。

反倒是本田在2011年5月推出了一款EXlink发动机，引起了我们的注意。这是一款压缩比达到12.2，膨胀比高达17.6，通过多连杆机构改变下止点的发动机。

不过，我们可不能一厢情愿的认为，在HCCI发动机发展的道路上，奔驰、通用是先驱，马自达传承和发展，最后会由本田一统江湖。导演们，不能每次写剧本，结局都是本田的好处啊。事实是，我们只是没拿到马自达关于HCCI的资料而已。

一、HCCI技术其实是利用爆震

我们先尝试回忆下发动机的工作流程。发动机处在压缩混合可燃气体的行程中，活塞还未达到上止点，或者说火花塞尚未点火，混合气体发生体自燃，这种现象我们称之为爆震。当HCCI发动机取消火花塞之后，混合气体每次需要自燃，这其实也是一种爆震，只是这更像是“受控制的爆震”。

压燃的优点是，所有可燃气体同时燃烧，燃烧速度快，火焰传播速度不受制约，可以实现超稀薄燃烧（毕竟是自燃，不是点燃），因此燃效更好。其次，压缩过程中混合气体可以充分混合，不存在欠氧的情况，所以就不会出现颗粒物，温度没有偏差，所以野不容易出现氮氧化合物。

发动机之所以产生颗粒物，主要是汽油无法完全燃烧，这部分未燃烧的汽油，随气体从排气管中排出并形成颗粒物。至于氮氧化合物，产生的条件是高温富氧。采用火花塞点火的发动机，在越靠近火焰，温度就越高，因此也就越容易产生氮氧化合物。

然而，HCCI亟需解决的核心问题依然集中在点火上。点火（自燃）需要是温度，可是如何才能有效提高气缸内的温度呢？比较主流的做法是气缸在排气行程中，不等气缸内废气完全排尽，排气阀就提前关闭。这样可以留住一些带热量的废气，这些废气与新吸入的空气混合，可以有效提高气缸温度。

显然，这只是主流做法。这种方法的弊端是气缸如果不能完全排尽废气，就会影响吸入混合可燃气的量，造成动力不足。这种主流做法限制了HCCI发动机的发展，也就是上一篇文章中提到的“HCCI运行范围狭窄”的问题。现在，我们终于聊到了核心问题–如何才能拓展HCCI运行的有效范围。

二、气缸和气缸之间增压

既然提高温度需要废气，保证吸气量又需要排尽废气，那我们就只能在吸气过程中强制加入其它气缸产生的废气了。只是，如果要实现强制进气，我们就需要有足够的压强。这个工作原理与涡轮增压类似，涡轮增压是利用气缸排出的废气带动涡轮，然后涡轮对气缸强制进气。

好在普通发动机存在一种“放空”的现象。这种现象来自气缸完成做功，但行程尚未排气之际，缸内储存着刚燃烧过的具有一定压强的气体。如果发动机顺利进入下一行程活塞上行排挤空气，气缸内的气体会在排气阀打开的瞬间喷涌而出，此时的排气力度无疑是最强的。气缸和气缸之间的增压利用的其实就是这一力度，这个过程便称之为“放空增压”。

实行放空增压需要一个条件，这个条件是两个气缸爆震时间相差360度，也就是说一个气缸要进行排气时，另外一个气缸要进行压缩（发动机一般分为四个行程，分为吸气、压缩、做工、排气）。

我们可以根据马自达4-2-1排气管模型发现部分端倪，1号气缸和4号气缸之间由排气歧管连接，2号气缸和3号气缸之间连接。如果1号气缸刚好要进入排气行程，而4号气缸刚好又完成了吸气行程。此时，只需4号气缸进气门晚关闭一会儿，1号气缸就可以利用“放空”时的压强，将部分废气强制压入4号气缸，带动整个温度的提升。

这个理论确定可行之后，剩下的便是制造各种可变阀门的样式了，本田技研、千叶大学和畑村发动机研究所准备了四种凸轮轴，其中中负荷1种，高负荷3种。目的就是确保发动机需要的气体量可以控制得更准确。不过，这方面所涉及的设计内容，我们就不提及了。

三、低负荷不让温度流失

上一篇文章中提到，HCCI发动机在低负荷时，因为燃料少，所以会导致发热量少，温度得不到有效提升，甚至会出现某一气缸点不着火的情况。如果任由这种情况发生，尾气中将产生大量的一氧化碳和颗粒物。

为了提高低负荷下的功率输出，一些科研机构提出可以仿效柴油机，先向缸内喷射少量燃料，然后再进行正常的喷射，最终达到一种多喷油的效果。不过，这种方法被这个实验小组否定了。

他们认为，如果按照这种理论实行下去，发动机会越变越大，而且控制装置越来越多，其成本就会越来越高，很不利于普及。因此，他们决定从水温入手。

正常情况下，水为了起到冷却作用而存在，因此水的温度常控制在85℃左右，而低负荷低热量的情况下，他们利用压力的方法将水温提升至105℃。这样水分就不会吸收过多热量，减少气缸壁流失的热量，使空气在压缩行程中始终保持高温。

车聚小结：

其实，每一款发动机在亮眼的数据背后，有很多工程师的默默付出。也正是这样的发展过程，让我们意识到人类正不断挖掘着自然的潜能，也不断挑战着自我。每次，读到这些技术研发文章，车聚君总会被他们不断进取的精神折服。

然而，除了HCCI发动机之外，可变压缩比的技术也在不断的兴起，或许它又会带给我们更多的遐想。下一篇关于发动机的技术解析，我们将重点解析“可变压缩比”，敬请期待。

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