汽油不能用“壓燃”?馬自達不信這個邪!

在德國法蘭克福——馬自達歐洲研發中心所在地召開的馬自達2017全球技術論壇上,第二代創馳藍天技術首次對外公佈細節,其中最具話題性的莫過於融合壓燃點火技術的SKYACTIV-X汽油發動機。這將是繼轉子發動機之後最革命性的動力技術。

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第二代創馳藍天發動機,名稱為SKYACTIV-X

第二代創馳藍天發動機從概念提出到終於接近量產,8年時間,馬自達的執著還是一如既往,讓你感動。

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簡而言之,馬自達的第二代創馳藍天發動機可以將汽油如同柴油發動機一般進行壓燃點火,這樣的發動機可以融合汽油發動機和柴油發動機的優點,實現環保性與動力性雙贏。這種技術概念並不是馬自達首創,但隨著SKYACTIV-X發動機的量產,這項技術將會被馬自達發揚光大。

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三種發動機的燃燒方式

從上圖中,我們可以清楚地看到三種發動機的燃燒方式。汽油機一般靠火花塞點燃,柴油機一般靠壓燃。

為何馬自達會如此痴迷壓燃技術?因為壓燃點火有兩個好處,第一是突破了稀薄燃燒難題,實現油耗水平提升。稀薄燃燒曾經奧迪也有過嘗試,但最終並沒有搞起來。

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從上圖來看,壓燃點火相比火花塞點火,可燃混合氣燃燒要更加“暴力”。在做功行程開始時刻,壓燃會讓混合氣出現多個著火點,在極短時間內讓燃燒室各個角落的氣體燃燒。

第二是提高燃燒熱效率。目前公認的熱效率最高的發動機技術是豐田,豐田基於TNGA架構研發的2.5L發動機最大熱效率達到了40%,在混動車型上更是達到41%,這是目前世界上燃效最高的發動機。顯然,隨著馬自達執迷於壓燃發動機的話,憑藉壓燃技術,發動機的熱效率超過40%不在話下,與豐田現在技術旗鼓相當。

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壓燃這樣“暴力”的燃燒過程可以強力、持久地擠壓活塞,提高燃燒效率。同時,壓燃可以讓空燃比大於14.7的可燃混合氣燃燒,這是火花塞點火所不擅長的。

空燃比越大意味著可燃混合氣越稀薄,燃料所佔比例也就越少,這就是我們常說的“稀薄燃燒”,“稀薄燃燒”可以有效地降低油耗。但當燃料稀薄到一定程度,火花塞已經不能引燃混合氣了,壓燃這時候就可以發揮作用了,在合適的條件下,壓燃可以點燃稀薄於火花塞點火兩倍的混合氣,實現超級稀薄燃燒。

熱效率這麼高,但是卻至今沒有車企成功研發出來,最關鍵的一點是不能穩定控制,也就是不能量產。馬自達顯然已經克服了這個困難。

馬自達的方案是:使用火花塞點燃一部分混合氣,爆炸產生推力(將這部分看作是一個虛擬的小活塞),進一步擠壓其他未能點燃的混合氣的氣壓,突破汽油自燃的臨界點,人為觸發壓燃。從下面的示意圖來看,壓燃僅僅能夠在藍色區域實現,顯然,僅依靠壓燃無法滿足發動機在複雜的工況下工作。馬自達的做法是將火花塞點火和壓燃點火結合,讓火花塞點火去間接控制壓燃點火過程。

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火花塞點火的目的是形成一個火球,其不斷擴張會繼續壓縮燃燒室內的混合氣,從而創造出壓燃點火所需要的條件。這個過程是受控制的,馬自達官方將其稱之為“火花塞點火控制壓燃點火”。

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在SKYACTIV-X發動機頂部,我們可以看到佈置有點火線圈。但我們需要轉換思想,在這臺發動機上,火花塞並不是直接引燃所有混合氣,而是引燃部分混合氣從而創造壓燃條件。

另外,為了達到節油目的,稀薄燃燒不只是噴油量減少這麼簡單,為了讓發動機在中高負荷區域順利運轉,發動機需要吸入大量空氣,只依靠自然吸氣很難達到目的。因此馬自達給發動機配備了空氣供給系統,該設備可以向高度壓縮氣缸內提供氣體,該系統本質上就是一個機械增壓器。某種程度上來說,這臺發動機已經不是傳統意義上的自然吸氣發動機了。

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另外,SKYACTIV-X發動機的排氣歧管做出了改變,由原來的4-2-1佈局轉變為並列四出。

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在燃油供給系統方面,因為發動機要實現超級稀薄燃燒,這對噴油壓力提出很高的要求,在這款發動機上,噴油壓力達到1000bar,遠高於目前發動機200bar左右的噴油壓力。

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動力更強了,排放更低了,還不挑油!所以中國的油品也能用!

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馬自達SKYACTIV-X發動機與老款發動機燃油消耗率對比圖。馬自達表示下一代搭載2.0L SKYACTIV-X發動機的昂克賽拉百公里油耗將會達到3.3L左右,這樣的數據比目前部分混動車型還要低。

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SKYACTIV-X發動機在降低油耗的同時還具備不錯的動力輸出水平,相比馬自達現有發動機,其功率和扭矩輸出更高。從這張圖可以看到在不同汽油標號下,其扭矩輸出存在一定差異。

一般來說科技含量較高的發動機都對油品有著一定要求,馬自達SKYACTIV-X發動機能否適應中國的油品?關於這個問題,馬自達官方給出的答案是沒有問題。這要回到前面所講的技術原理。發動機在不同轉速下,有不同的進氣和噴油策略,不同地區的燃油標號和燃點也都不同。SPCCI通過將火花塞變成一個大小可變得虛擬活塞,可以在更寬泛的轉速/燃油標號的情況下隨意控制大活塞在上止點時氣缸內的壓力,根據需要來觸發壓燃。這就使得壓燃可以在更寬泛的轉速區域內實現,同時還是適應各國不同的油品。

其實在第一代創馳藍天發動機應用的時候,不少消費者就擔心過這個問題,但是通過實際驗證,油品並沒有對這款發動機產生太大影響。馬自達相信新一代創馳藍天發動機可以完全應對中國油品。

所以,那就期待吧!

最後一個問題:2019年馬自達的黑科技光臨的時候,那時候的馬自達還會像今天這般較好不叫座嗎?

(文章素材來自愛卡汽車,感謝原作者)

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