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谁说内燃机已死?马自达的新发动机震惊全球

伴随环境保护的迫切性与油耗法规的压迫性,大家愈发意识到传统内燃机技术已见顶,新能源汽车时代将快速到来。然而并非如此,众多国际大厂依然用实际行动证明传统内燃机驱动系统还有很大上升空间。

内燃机领域的变化主要是排量越来越小和一系列新技术的开发,目前小排量涡轮增压发动机已成为共同选择,还有诸如沃尔沃双涡轮增压、马自达超高压缩比发动机与博格华纳ebooster电控涡轮增压等新技术也在帮助降低油耗。变速箱领域的变化主要是多档变速箱有很大突破,在爱信和ZF两大变速箱品牌的共同发力下,8AT变速箱大为普及,已经被装配到20万左右的量产车上。另外,本田、丰田、大众与福特已经设立8速以上变速箱推进计划,其中本田的10AT已经量产。

虽然近年来新能源有风靡全球之势,但这些依然表明内燃机驱动技术还有极大发掘潜力。

许多主机厂对这个观点坚信不疑,尤其是马自达,它认为:极致地追求更理想的内燃机技术仍是全世界在相当一段时间内的未来趋势所在,同时也将成为汽车行业的主流选择。当然,轻混合动力等电动化技术的发展也是不可或缺的重要部分。马自达将毫不动摇地坚持以内燃机技术研发为主,配合电动化技术同步发展的基本战略。

正是基于这种深刻认知,2010年马自达推出创驰蓝天系列发动机,这是继转子发动机之后,马自达在发动机领域又一力作。这些发动机的特点是具备超高压缩比,性能强大的同时还能保持超低油耗。在增压发动机满天飞的年代,创驰蓝天为自吸发动机作出有力回应。

SKYACTIV-X,理工男的执著

如果把汽车品牌定性为学生,那马自达是执著的理工男。

创驰蓝天发动机已经足够优秀,但对于追求极致技术的马自达而言还不够,为此,他们已经开发并批量生产新一代发动机技术。据悉,这是使用全新燃烧方法的发动机“新物种”,它有效地结合了柴油发动机与汽油发动机的各自优势。马自达将它视为柴油发动机和汽油发动机之间的交叉产品,命名为“SKYACTIV-X”。

一般发动机有两种点火方式,火花塞点火和压燃点火,其中压燃点火是直接靠气缸活塞运动将混合气体压缩至燃烧,柴油机用的正是这种点火方式。汽油燃点比柴油高,正常情况下汽油机无法使用压燃点火,只能借助活塞点火。SKYACTIV-X则融合这两种点火方式,将汽油如同柴油发动机一般进行压燃点火。

按照定义,采用压燃点火的汽油发动机,被称为均质充气压燃技术(HCCI)。这种燃烧方式以汽油和空气的混合气体为燃料,通过控制压缩温度和压力实现点火。在火花点火都难以点燃的稀薄状态混合气体,这种燃烧方式可以在压燃点火状态下迅速且清洁地进行燃烧,好处是提高热效率,降低油耗,还能有效减少氮氧化物(NOx)的排放。

SPCCI,转子精神的延续

HCCI,即使全世界都在质疑“你”,马自达却依然坚信。

HCCI未能大规模推广,是因为这项技术有两个世界性难题迟迟无法突破。一个是有效转速范围比较狭窄,导致压燃只能在一段区域内进行。因为汽油压燃引入了火花点火来助攻,所以火花点火和压燃点火的灵活控制尤为关键。

对此,马自达开发了系列技术,它能扩大压燃点火转速范围的同时,实现点火方式的灵活切换。马自达将这个技术称之为SPCCI,即火花控制压燃技术。SPCCI的工作分为两个部分,在冷启动、中低转速与发动机中低负载情况下,采用压燃点火;中高速工况与发动机高负载,采用传统火花点火。

另外,为了解决低负荷下缸内压力不足问题,马自达配备了一套强力压缩机,它能给气缸提供更多的空气,提高压强,使混合气体达到燃烧零界点。所以,严格来说,它已经不是自然吸气发动机。

通过对发动机燃烧的深刻理解,结合火花点火和压燃点火,马自达开发出SPCCI这种综合点火方式,再加上多年的台架测试验证与技术改良优化,HCCI难题终于被突破,这是马自达“转子精神”又一延续。

SKYACTIV-X的优缺点

任何技术都有优缺点,它能量产的唯一条件是,付出收益大于缺陷成本。

SKYACTIV-X的优点主要是高燃效,马自达称新发动机的燃效理论上能达到50%。动力提升的同时油耗下降,这也是技术进步的必要条件。

动力提升方面,与马自达创驰蓝天汽油机相比,SKYACTIV-X发动机扭矩提高10%,最高可以达到30%。另外,由于采用压燃点火,再配置压缩机,SKYACTIV-X发动机的进气不会像普通的汽油发动机一样“慢慢将空气吸入气缸”,所以它的发动机工作更加灵敏,油门响应更快,进而能够为用户带来更直接的驾驶感受。比如,驾驶者先将加速踏板踩下10%行程,然后瞬间踩到50%,这时就能感受到发动机极强的动力响应,这与采用压燃点火的柴油发动机类似。

压燃带来的直接好处是能够实现超高的空燃比,实现稀薄燃烧,能够喷入更少的燃油让发动机正常,正如“既要牛干活,还能少喂草”的例子,马自达表示SKYACTIV-X发动机相比现款发动机能减少50%燃油供给。另外,HCCI技术打破了曾经被认为金科玉律的“黄金空燃比”14.7:1,SKYACTIV-X发动机空燃比最高能够达到36.8:1,可以缩减30%油耗。

SKYACTIV-X的缺点主要是系统更加复杂,可靠性需要验证,而且保留了压燃点火的部分缺陷。

由于结合火花和压燃两种点火方式,SKYACTIV-X的点火控制逻辑更加复杂,它会根据缸内温度气压与活塞位置,掌握火花点火时机和压缩机鼓风量,一个环节没掌握好就会导致燃烧不充分,达不到省油的目的。而且,相比传统汽油机,HCCI发动机颗粒物排放会增加,需要加装专门的颗粒物捕捉器,废气再循环系统EGR也需要重新优化。

另外,压燃的必要条件之一是需要更高的压缩比,但随之容易产生爆震。一般HCCI发动机超过3000转后,发动机会出现抖动、动力下降、油耗增加等问题。

而马自达为了克服这个问题,除了结合两种点火方式,马自达在新一代创驰蓝天发动机上采用更高压力的燃油泵和高压喷油嘴,力求通过更大的压力使汽油雾化更充分,加速和空气混合的速度,让缸内混合气体浓度均匀燃烧。

总而言之,马自达推出搭载HCCI技术的SKYACTIV-X汽油机的确是一件震惊全球的事情,因为它再次率先克服了其它车企满怀质疑的内燃机黑科技,它肯定了马自达作为一家小厂却有着超强的研发实力。

据悉,SKYACTIV-X发动机将会在今年法兰克福车展正式亮相,正式进入量产阶段在2019年。对于未来,马自达表示这套发动机短期会单独装车,并逐步代替现有发动机矩阵。后期为了满足愈渐严格的油耗与排放法规,还会配套其它电气化辅助技术,进一步提高燃油经济性。除此以外,面对世界主要国家和地区对新能源的疯狂支持力度,马自达也会同时发展插混、纯电动燃料电池技术。

来源:aniolybiznesu网

作者:新能源创客

本文地址:https://aniolybiznesu.info/kol/56446

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