目前，世界各地正在研究如何使交通出行变得更环保，同时既方便又经济。4月27日至29日，第43届2022维也纳国际汽车研讨会在奥地利维也纳召开，本次大会的核心主题是，在未来的出行领域，哪些动力系统可以发挥何种作用，以满足这些需求。 

在BMTS和舍弗勒公司的联合演讲中，BMTS的首席技术官Nisar Al-Hasan博士介绍了如何改进内燃机以实现雄心壮志的气候目标。 

这项研究的基准是马自达Skyactiv-X发动机，该发动机采用了特殊的“火花控制压缩点火”技术(SPCCI)，具有ε=16.3的高几何压缩比，这使其比传统发动机效率更高。

使用SPCCI技术，通过火花塞的电火花启动初始点火，随着温度和压力的升高，燃烧的第二阶段开始，即均匀压缩点火，这导致快速燃烧过程，从而提高效率。此外，稀薄燃烧可以在低负荷和低于2500转/分的转速下提高效率。该发动机配备了低压废气再循环(LP EGR)和机械增压，与标准的自然吸气发动机相比，效率进一步提升。 

在他们的研究中，BMTS和舍弗勒公司的专家展示了马自达Skyactiv-X发动机如何通过米勒循环和涡轮增压技术进一步提高效率和性能： 

• 用涡轮增压器替代机械增压器 
• 理论空燃比贯穿于整个发动机MAP图
• 通过米勒循环改善燃烧中心

用涡轮增压器替代机械增压器  

机械增压器由发动机的机械动力驱动，这会导致额外的燃料消耗。如果改为使用废气涡轮增压器，则消除了这种机械负载，因为涡轮增压器是由废气的能量驱动的。而可变截面涡轮增压器（VTG）则可以利用整个排气能量。此外，如果增压压力需求高于当前的排气能量，电动辅助的VTG增压器还可以回收能量或者使涡轮增压器工作于混合动力模式。后一种解决方案对于 SPCCI 燃烧特别有利，因为它需要精确控制增压的压力。
 
理论空燃比贯穿于整个发动机MAP图 
理论空燃比小于1(λ <1)的时候，主要发生在高负荷时，同时导致燃油消耗和一氧化碳排放增加。为了避免这种情况，我们的目标是实现整个发动机MAP图的理论空燃比 λ≥1，这可以通过提前关闭进气阀的策略(即米勒循环)来实现。 
 
通过米勒循环改善燃烧中心
由于CR=16.3的高压缩比，基准发动机的燃烧中心，即燃料燃烧到50%的那个点，位于发动机控制参数图的一个较大区域，时间上比理想值晚。使用米勒循环则可以改善这一点，从而提高效率，低速扭矩和额定功率。 
AVL 格拉茨充分定义了原马自达Skyactiv-X发动机的特性，BMTS和舍弗勒公司通过使用可变截面涡轮增压器替代机械增压器，在整个发动机图中将理论空燃比转换为lambda ≥1 操作以及通过米勒循环改善燃烧中心来评估改进潜力。研究的数据结果如下: 
通过施加4%的LP-EGR率和140°CrA的IEL，可以实现135kW的额定功率。燃油消耗比基准发动机降低了38%。 
在2000转/分时，当 Lambda = 1 时，扭矩可提高 55Nm。与 2000 转/分满负荷时的基准发动机相比，油耗降低了 5.8%。
通过米勒循环和涡轮增压可将部分负荷油耗降低5% 
通过可变气门机构，优化了额定功率、低端扭矩和部分负荷的进气冲程长度。
 
前景展望
这项研究表明，通过使用提前关闭进气阀的可变气门系统（即米勒循环和涡轮增压），Skyactiv-X发动机的优良基础有助于进一步显著节省化石燃料和非化石燃料。在此基础上，计划利用研究发动机进行实验研究，以验证仿真结果。这还将包括对进一步工况点的分析，以评估效率的提高和能量回收的潜力。