通常来说，新兴技术总是从赛道走向公路。这些令人眼花缭乱的新技术总是率先出现在“万众瞩目”的赛车项目中，随后再逐步渗透至“不起眼”的量产车型中。但偶尔也有例外，比如马勒动力总成公司（Mahle Powertrain）的 MJI 喷射点火系统就是先从乘用车中“起家”的。

 

目前，MJI 技术主要应用于高水别的赛车发动机中，仍尚未登陆量产汽车。不过，Mahle 首席开发工程师 Ben Hibberd 向我们介绍了 MJI 技术的“前世今生”：“首先，我们的美国公司启动 MJI 研发项目。五年后，我们首先在赛车中采用了‘被动式’喷射点火系统技术，以提高发动机的燃烧率并降低爆炸的可能性。从本质上讲，你可以认为我们是赛车和乘用车两条路同时走的，因为这些技术特征很多都是互通的。很多可以显著提升赛车性能的技术都已经经过了道路车辆的验证。”

 

Hibberd 表示，这个“超级激进的高速应用”激发了 Mahle 公司寻找替代燃烧解决方案的决心和信心。

 

事实上，预燃室技术本身并不新鲜，其在柴油发动机中的应用可以追溯回几十年前，而且本田也早在上世纪70 年代早期就为第一代思域 4 缸火花点火汽油发动机采用了预燃室技术，也就是盛名在外的CVCC（复合涡旋控制燃烧）技术。

 

Hibberd 表示，喷射点火系统技术的原理并不复杂，但难点在于复杂的优化需求。不过，Mahle 已经在直喷汽油系统的灵活性方面取得了巨大进步，并仔细考虑了预燃室的几何形状和喷嘴。Hibberd 认为，喷射点火系统可以显著降低发动机的油耗（轻松媲美柴油发动机性能）并降低排放。

室设计。

 

发动机过量空气系数 Lambda

 

具体来说，Mahle 的MJI 系统有两种形式：主动式和被动式。主动 MJI 系统的预燃室“胶囊”中包含一个小火花塞和一个低流量直喷燃料喷射器；被动 MJI 系统（最初由 Mahle 用于赛车运动）则不使用辅助喷射器，而是在压缩冲程期间从主燃烧室获得燃烧电荷。Mahle 认为主动式 MJI 系统拥有实现“超高效发动机”应用的潜力，其次级喷射器使预燃室中始终留有易燃电荷。这允许系统突破所谓的主燃烧室可燃性极限，在Lambda 1.5 以上运行。此时，空气稀释会导致气体温度降低，而这有利于抑制 NOx 的形成。

 

主燃烧室可以在 Lambda 1.7 到2.0 之间运行，空燃比（AFR）与柴油机接近。此时，火焰温度足够低，基本不会产生更多NOx 排放。

 

Hibberd 补充说，主动式和被动式预燃室技术的原理基本相同：“这两个系统均采用外向湍流强劲喷射的方法将燃料从预燃室推至主燃烧室并点燃其中的电荷，这相当于放大了点火能量，从多个起燃点引燃主燃烧室，提供更强劲、可靠的燃烧反应，并提高燃烧速率。”

 

被动式 MJI 系统（大多数赛车仅允许每个气缸配备一个喷射器）的EGR 容限非常高。目前，Hibberd的团队正在努力将可燃极限降低至 Lambda 1 以下，这允许发动机在更高负载下保持相对较高的 EGR 水平，在压缩比提高时降低发生爆震的可能性。

 

尽管 Mahle 系统的全部细节受商业机密保护，但Hibberd 透露，公司装配主动式 MJI 系统的 1.45 L 三缸发动机在多个工作点的制动专用油耗均降至大约 200g/kW-h。

 

“该发动机在超稀薄条件下的氮氧化物排放量低于 100 ppm（parts permillion），这是我们应对（可能到来的）欧7 排放目标的努力方向之一，”Hibberd 表示，“我们目前的许多开发工作是在扩大预燃烧技术的应用领域，并同时维持这些发动机的性能。随着润滑技术的进一步提升，涂层技术和充电管理技术得到了进一步改进，我们最高可以将制动热效率提升 45%。”

 

设计复杂度

 

除了 MJI 喷射器，Mahle 更是对其喷嘴专利设计守口如瓶。Hibberd 解释说，当然没有“一刀切”的解决方案。“原始设备制造商必须小心在成本和性能之间进行平衡，任何低效设计都是不被允许的。与此同时，未来发动机应用需求的不确定性也让如今的决策过程更加复杂。难就难在，行业对发动机的期待总是不断改变。”

 

“比如，我们不会要求混合动力汽车具有与内燃发动机相似的高性能和多功能，但它必须具有非常高的热效率并且非常清洁，当然续航里程可能有限。因此，我们正在对喷射点火系统技术进行调整，从而使其可以满足更多系统的需求。未来，无论到底哪种推进系统将最终胜出，我们的喷射点火系统技术均有用武之地。但尽管如此，混合动力汽车的性能在很多情况下仍然无法满足大家的需求，因此我们坚信，内燃发动机仍将是低碳交通环境的重要组成部分。”

 

喷射点火系统发动机何时才能应用于量产车辆？目前，我们面临的一个潜在障碍在于燃油喷射器的设计及小型化需求。预燃室结构中没有活动部件，因此不存在耐用性的问题；目前，Mahle 公司已经在美国和英国联合项目中累计了超过 2500小时的测试时长。Hibberd 表示，冷启动测试和后处理系统已经展示了与“未采用预燃室系统相当的性能”。他也同意，汽车行业从总体来说对新技术保持谨慎是正确的。然而，当前的立法现状已经迫使亚洲厂商更为大胆地引进新技术，脚步领先于欧洲和美国。

 

Mahle 公司的主动式预燃室 MJI 系统能否帮助汽油发动机取得与柴油媲美的燃耗性能？Hibberd肯定地回答，“毫无疑问，我们已经做到了这一点。通过结合小型化设计、MJI 技术和 48 V 混合动力系统，我们甚至可以取得（比柴油发动机）更高的性能。”