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马自达压燃发动机(日产的可变压缩比发动机和马自达的压燃发动机理论上哪个更省油和更耐用?)

马自达压燃发动机(日产的可变压缩比发动机和马自达的压燃发动机理论上哪个更省油和更耐用?)

题图来自Unsplash,基于CC0协议

本文目录

  • 1、日产的可变压缩比发动机和马自达的压燃发动机理论上哪个更省油和更耐用?
  • 2、马自达压燃发动机数据公布,心痒痒吗?
  • 3、乙醇汽油会对将来即将换代的马自达第二代HCCI均质压燃发动机有什么影响吗?
  • 4、马自达为何不出2.5压燃发动机?
  • 5、马自达压燃发动机车上市以后,2020款的马自达三会降价吗?
  • 6、日产的可变压缩比汽油机和马自达的“压燃”汽油机比,哪个更先进、更省油?
  • 正文

    1、日产的可变压缩比发动机和马自达的压燃发动机理论上哪个更省油和更耐用?

    日产的可变压缩比、马自达的二代创驰蓝天发动机,哪个更省油、更耐用其实很难确定,毕竟马自达的压燃发动机目前并没有正式发售,所以实际表现究竟怎么样真不好说,不过从理论上看还是马自达的压燃更加省油,至于耐用方面也没办法具体的说明,日产Vc-T如今已经正式量产、销售,而二代创驰蓝天压燃发动机何时能上市还真不好说!

    日产的可变压缩比强在硬件结构上,可变压缩比(机械压缩比)是内燃机发展中的一种先进理念,有部分企业走上了它的研发之路、而大部分车企则绕开了这条路(就像当年大多数车企绕开转子、水平对置一样);而马自达的压燃强在理念、控制策略上!日产可变压缩比的确精妙,但想改变等效压缩比、并不一定非得用改变机械压缩比的方式来实现,利用可变气门技术、在不改变机械压比的条件下,直接改变等效压比,这样的方式更简单、也更节约成本、同时更容易实现,同样也实现了可变压缩比理念的一切!

    日产可变压缩比的原理

    我们对发动机的要求无外乎两点,其一是发动机性能,其二是燃油经济性;我们曾天真的认为有这么一款机器,它性能强大、油耗低?但实际上性能、油耗总是相反的,追求性能的机器、燃油经济性都差(压缩比低),而追求燃油经济性的机器、性能都差;原因也非常的简单,拿增压机为例、因为追求性能,所以开口压力打得太大,所以点火前、燃烧室的压力过大,爆震倾向严重;所以对于那些追求性能的机器而言,压缩比没办法做得太大、因为需要缓解点火前的缸压,抑制爆震!

    这就导致但凡高增压性能机、压缩比都低,比如奔驰的A45,2.0T的机器四百匹马力;可它的压缩比貌似是8.40、远低于咱们大多数的家庭用车;可车子运行时、并不是无时无刻都保持高负荷、全负荷运行(高增压状态),比如车子跑高速、匀速巡航的时候,此时涡轮系统根本不会起正压(歧管压力为负),那么此时燃烧室压力很低、并没有爆震风险,那么此时8.40的压缩比是不是很低?的确很低、如此一来必增加低负荷匀速巡航时的油耗,那么该如何解决这个问题?让发动机在高负荷时、压缩比降下来抑制爆震,又能在低负荷时、把压缩比升上去来抑制油耗?

    所以日产Vc-T就是在这样的背景下诞生的,它的压缩比可以在8:1.0到14:1之间切换,当机器高负荷、全负荷运转时,缸内压力过大、爆震倾向严重,这时压缩比就会降至最低八,来抑制燃烧室缸压过大、防止爆震;当机器低负荷运转时,压缩比就会拉至最高的14(当然系统也会根据油品来自动调节),来保证低负荷时的燃油经济性;日产的理想是把性能、油耗结合到一处!但实际上即便是可变压缩比,也只是把性能好、油耗低混合到了一处,但并未实现融合!只是证明了这款机器、有两个运转趋势,而并未把性能、油耗融合到一处!愿景美好,但实际上只得到了一个无比精妙的机械结构!

    想改变等效压缩比,并不一定非得要用改变机械压缩比的方式来实现!

    日产的理念在于改变等效压缩比,很多朋友对这个等效压缩比的概念不清楚,其实就是发动机运行时的实际压缩比;对于传统的内燃机而言,机械压缩比是无法改变的、但机器运行时的实际压缩比其实并不是恒定的,日产之所以要改变机械压缩比,实际上就是为了调节机器运行时的等效压缩比(实际压缩比),不过改变等效压缩比的方式很多,难道就必须依靠改变机械压缩比的方式?难道利用如今先进的配气技术、改变不了么?

    重点在于改变等效压缩比,除了利用改变机械压缩比的方式,还可以利用气门去调节(配气技术),比如基于阿特金森、或米勒循环,也就是让进气门早关(半饱)、进气门晚关(吃吐)来改变等效压缩比,实际上与改变等效压缩比的方式相比,利用配气技术来调节等效压缩比的方式更为简单、实用、低成本;换句话日产几十年磨的一剑、路终究是走偏了,实现的结果一致,可实现的方式太复杂、成本又太高,未来很难闯出名堂;可变压缩比技术并不是日产秘密研发,相反当年萨博就玩过、各大主机厂都知道这一理念,可为什么其它车企都不碰它,而选择利用配气技术去实现呢?或许Vc-T再早十年、就可以称王了,但在现如今它有光芒但并不刺眼!

    马自达二代创驰蓝天压燃发动机

    日产Vc-T技术很精妙,但与马自达二代创驰蓝天相比、不在一个位面;先说一个结论,日产Vc-T热效率做到了39%,虽然比如2.5L丰田机器的40%、混动的41%,不过增压机热效率做到39%已经很不容易了;而马自达二代创驰蓝天则更为恐怖,直接达到了44%;知道这个差异有多大么?其次Vc-T只是通过精妙的机械结构改变了压缩比(丰田、马自达、本田也可以利用配气技术改变等效压缩比),而马自达的SPCCI则是改变了传统的燃烧概念、直接跨位面达到了超稀薄燃烧领域!

    Vc-T无论怎么说,它还是在仅仅改变压缩比的状态下运行,而马自达的SPCCI的控制策略丰富、灵魂,它可以瞬态改变压缩比、瞬态把压缩比拉高至29.4以上(二倍过量系数)而进入超稀薄燃烧领域,而Vc-T的空燃比甚至连15都达不到;Vc-T的压缩比最高为14,而SPCCI若想实现压燃、必须要有足够大的压缩比,它的压缩比达到了16(世界范围最高),已经接近柴油机的压缩比了!

    马自达压燃的原理并不复杂,但控制策略、以及难度却很复杂、很难;比如要进入稀薄燃烧领域、才能更好的实现省油,而当空燃比小于二倍过量空气系数时,燃烧后的氮氧化物又太多、影响环境,所以压燃时空燃比起手就达到了29.4;还要根据不同的环境,完成点燃与压燃的切换,利用火花塞点燃时、压缩比必须得降至13左右、空燃比也得接近14.7,而在下个行程、可能就迅速就切换成压燃,压燃时、空燃比就必须瞬间飙升至29.4以上、压缩比也得达到16(低了压不着),还得把爆震压制在可控范围内,所以马自达的压燃发动机、远比日产Vc-T意义更大,根本不在一个位面!马自达之所以要搞压燃,实际上也是没办法的办法(不得已而为之);各大主机厂探寻稀薄燃烧边界都是一小步、一小步的走,逐渐增加空燃比(没有放到量产的领域),所以依靠分层喷射、分层点燃的方式来实现,而马自达二代创驰蓝天、直接奔着量产去了,要量产就必须考虑环保的问题,所以机器压燃状态时、空燃比必须超过29.4,这时面临的问题就是;分层太多、如上图底部的超稀薄层,利用火花塞跳火、逐层引燃的方式没办法完全引燃,混合气浓度太低、火花传递能量不足,所以面对这个没办法点燃的问题,马自达才拿出了压燃的解决方案!

    压燃的理念在于,火花塞跳火、终究是只有一个火点,它的能量终究有限、所以传递不了几层就灭了;而建立在高压缩比状态下的压燃所压着的一个混合气层,一个混合气层有多少个火点?所以利用这些火点的传递、才完成了所有稀薄混合气层的点燃!所以马自达压燃发动机真的很复杂、很令人感动;它配备了一个机械增压器(充气设备),就是为了发动机在点燃状态、压燃状态切换时,起到迅速填充空气的作用;要知道压燃状态是挑环境的,环境不适合、只能保持点燃状态!

    比如车辆冷启、环境温度很低、油品不好的时候,压燃就存在问题,这个时候还是要依靠火花塞在常规压缩比、常规空燃比状态下去点火运行,所以日产Vc-T可以改变压缩比,但只能在8-14之间切换,而马自达压燃发动机同样可以改变压缩比、还可以改变空燃比,能点燃运行、还可以压燃运行,点燃运行时压缩比13左右、空燃比14.7浮动(常规);而压燃运行的时候,压缩比拉到16、而空燃比超过了29.4才能实现稳定运转,所以马自达的压燃、日产的可变压缩比谁更先进、谁更省油?

    从理论上看、还是马自达压燃更省油,它的热效率已经达到了44%(地表最强),所以在超稀薄压燃状态下、一定是它更省油;而Vc-T的好吃则在于,它已经完成量产、完成装配,甚至已经卖到了咱们消费者的手中,而马自达压燃发动机、由于其复杂设计(控制策略),还不知道什么时候能正式发售,它是否能适应咱们国内的油品,复杂的设计、控制策略能否保证它的耐用性,这都很难说;不过马自达的压燃技术,终究是在超稀薄燃烧领域、向前迈出了巨大的一步,在内燃机领域、马自达创造了新的里程碑,而这些成绩、不是日产可变压缩比发动机能相提并论的!要知道Vc-T的理念是二十几年前所提出的,而超稀薄燃烧概念则更新一些,理念存在差异、结果也自然会完全不在一个位面!

    2、马自达压燃发动机数据公布,心痒痒吗?

    压燃数据看起来是挺好的,但是毕竟是新技术,可靠性还是个未知数。并且售价昂贵,人家研发新技术的费用肯定是转嫁给消费者。

    油耗也低不了多少,百公里省一升的油,普通家用车按照一年跑一万公里,一年也就省个700块左右的油费。但是多花四五万为体验新技术买单,个人认为很不值得!

    3、乙醇汽油会对将来即将换代的马自达第二代HCCI均质压燃发动机有什么影响吗?

    乙醇汽油与马自达压燃汽油机都能被联想到一起,不得不佩服题主的脑洞大开,实际上乙醇汽油不会对压燃汽油机造成任何影响,如果觉得乙醇汽油、令各位心里不爽,那么把它当成最理想的抗爆剂就可以了,因为它与四乙基铅、MMt做抗爆剂相比较,乙醇至少是无毒的、乙醇也不会令三元催化堵塞,而用MMt做抗爆剂的无铅汽油曾经造成过大面积三元催化堵塞的问题!

    所以乙醇汽油与无铅汽油、有铅汽油相比,对人、对车危害都是最小的,难道现在还有谁愿意让孩子去闻那令人着迷的四乙基铅味道?那就是慢性中毒!发现现在有些人很怪,过去毒性那么大的四乙基铅汽油、他们能忍,频频堵三元的MMt汽油、他们还能忍,用上不伤人也不伤车的乙醇汽油、他们却忍不了了?这是什么逻辑?乙醇汽油当然不耐烧,不耐烧也就罢了、还不降价?实际上乙醇汽油是不可能比无铅汽油便宜的,重点在于无水乙醇,它的价格直接影响乙醇汽油的价格;有好事的朋友可以自行查查无水乙醇的价格,比92号汽油每吨还要贵,实验室购买则是天价,好了鄙人别的不多说,知道乙醇汽油贵在哪、为什么不降价就可以了!

    稀薄燃烧技术

    马自达的压燃发动机,实际上就是利用压燃实现了混合气的超稀薄燃烧,因为混合气体的超稀薄状态(马自达设定二倍空燃比起步,直接将空燃比拉升至29.4起,理由在于二倍空比状态可以抑制氮氧化物大量产生),想利用火花塞跳火是没办法点燃的,所以才不得已的去使用柴油机常见的压燃技术,原因在于压燃的是一个混合气层(牵扯分层燃烧技术,鄙人在下一段会细说),拥有无数的着火点、火焰传播更迅猛,而火花塞跳火、只有一个着火点,一个火点传播途中有可能就灭了

    分层燃烧技术

    分层燃烧技术很容易理解,如上图所示、喷油嘴由上至下,在燃烧室内形成多个不同浓度的混合气层(从上到下、浓度逐渐变低,也就是空燃比越来越大);只有直喷发动机才可以通过丰富的喷油策略、形成如此多不同浓度的混合气层(图上只画了五层,但实际上存在更多的层),这一点歧管喷射发动机(电喷)就没办法去做到,因为燃油喷射在歧管内、控制起来太单一,很难实现超多层数,所以进入到分层喷射这一环后,歧管喷射发动机实际上已经不具备潜力了!由于分为的层数太多,最末层的空燃比太过于巨大,仅靠火花塞跳火、多次跳火,产生的着火点太少,火核能量不够、所以可能在向下传播不几层后、也就逐渐消失了(灭了),所以点燃应对超高空燃比是不可能的,所以就像上文鄙人所提到的那样,点燃不行、那么咱们就利用压燃,活塞上行、直接压燃一个稀薄混合气层,这个层内有无数的着火点,这样一来就很容易将所有混合气层都进行点燃了,当然说起来容易、做起来难于登天!

    极为复杂的控制策略

    实际上马自达这款压燃发动机,控制策略极为复杂,它保留了火花塞部分、还增添了一套机械充气装置(很多朋友说这是增压,实际上与增压本质不同);换句话说,马自达这款压燃发动机,各种工况是在时时切换的,比如当环境温度极低,压燃困难时,火花塞就会进行跳火、引燃部分混合气,给燃烧室预热,辅助压燃的进行,而这是的空燃比是在剧烈进行切换的,因为点不着29.4,但能点着14.7,所以一个压缩冲程内,可以完成多次空燃比切换,这一切、就是由那个机械充气装置来完成,要不然很难瞬态实现空燃比的剧烈提高!同理当发动机全负荷运行时,缸压、温度非常高,再依靠压燃就很危险了(压燃本身就是爆震,关键在于时机的控制),所以这个时候发动机就会再次切换回正常空燃比的火花塞点火形式运行;所以整个过程极为复杂、容错率也极低(说实话鄙人尊重马自达的精神、但真不看好这款机器,真上市了、面对全球不同的环境、油品,不一定会出现什么状况),而这些全部建立在高温、高压的状态下,要知道这款机器机械压比起手就是16,而在压燃状态下的等效压缩比会高的恐怖!

    压燃汽油机,是否还需要抑制爆震?

    上文已经提到,汽油机压燃等于爆震,那么是不是我们就不需要对爆震进行抑制了?让它们肆无忌惮的爆?来的更猛烈些?当然不是这样了,压燃虽然等于爆震,但压燃是可控的,而不按照设计时刻被压燃部分就是爆震了,同样会严重损坏发动机,比如活塞还未到达设计行程时,由于燃烧室的高温、高压,就已经让混合气提前燃烧,这种情况就属于提前压燃,同样是爆震、同样会损坏发动机,所以这个时候对油品的要求就非常高了!所以乙醇汽油对马自达压燃发动机,只有好处而没有坏处,醇基燃料最大的特性就是抗爆震性能很强,可以让点火角适度提前、获得更大的动力,这也是赛车领域、都用醇基燃料的原因(所以那些说乙醇汽油没劲的都是不明事理的键盘侠,赛车领域为了让车子更有力、甚至会使用E85汽油乙醇(或甲醇),也就是含醇类浓度高达85%的汽油(咱们用的乙醇含量才10%),如此极端、只为车子更有劲,更适合高压缩比、点火角提前的极端环境,所以醇基燃料、抗爆震有功!所以当马自达这款压燃机器、有一天真上市的时候,车辆手册估计会注明建议使用醇基燃料的字样,这款机器、如果爆震无法抑制,那么分分钟损坏,所以这个时候乙醇汽油不耐烧之类的缺陷统统不必去在意,只要它能抑制住爆震即可,所以乙醇汽油对马自达压燃发动机只有好处、没有坏处,对于这款机器而言、一切皆不重要,谁最容易抑制爆震、那么谁就是最好的汽油;至于影响谈不上,至于什么乙醇汽油燃烧产生乙酸之类的说法,其实毫无科学道理,要想使乙醇汽油产生乙酸,要有金属铜进行催化,燃烧室内有铜么?只是部分发动机的轴瓦有用铜的,但这里接触不到燃油;而马自达这款压燃机器上不上市都不好说,也就没必要担心它是否会受到乙醇汽油的影响了!

    4、马自达为何不出2.5压燃发动机?

    如果几个男人在饭桌上高谈阔论吹牛的时候,一定不会总向电视剧里一样,除了聊人生就是聊理想。一般情况下,男生的酒局,除了事业,就是女人。在此之外,他们还会留一定的时间给“汽车”。除非,他们所有人对汽车都不感兴趣。亮仔亲身经历过不少饭局,也偏爱小酌两杯,发现只要谈论汽车,必有大众、宝马、玛莎拉蒂等品牌。

    不知道各位有没有发现,其实马自达这个日系品牌,登场的次数也不算少,起码在亮仔自己的酒局中,马自达这三个字经常出现。

    熟悉汽车的人都知道,马自达虽然是日系品牌,但却不走寻常路。尤其在中国,它们被冠以“日系运动”的标签,消费者认为他们就是个运动品牌,认为他们是 “另类小众”的品牌。

    在刚进入21世纪的头几年,大多数90后还在享受9年义务制教育红利的时候,马自达在中国就已经名声大噪,马自达323、马自达6再到后来的马自达3,无一例外,均红遍了大江南北,它们遍布中国社会的大街小巷,和帕萨特、佳美、雅阁分庭抗礼,甚至有过之而无不及。

    那时候这几款车的设计和当时的主流设计完全不同,在其它品牌都在老老实实做方方正正的汽车时,马自达入华的这几款车却提供了一个“跑车”式的外观,流线感很强。此举在当时可以说是中国汽车历史上早期的“差异化竞争”代表。正是这种差异,确立了马自达在中国汽车市场中的地位。

    中国汽车市场很有意思,汽车厂商在宣传自己产品的时候很照顾国人的想法。他们的宣传重心往往会随着消费者对品牌的认知而变。所以,在我们的固有印象中,日系车皮儿薄、美系车油耗高、德系车稳中持重、奥迪A6就是领导车、路虎几乎等于越野。

    按照上述固有印象,消费者一直以来都赋予马自达“运动”的称号,汽车厂家方面也乐得顺水推舟。正是在这种前提下,马自达在运动的路上一去不返,越走越远。

    虽然动力相比竞争对手而言早已不算突出,但依旧标榜运动。谁要是说马自达不运动,就不专业!这种“标签”式的“车设”其实无可厚非。当然,马自达的操控仍旧一流,确实有其过人之处,但动力上的缺失却让消费者对其热情逐渐消退。一味地传播运动、操控,也很难让其成为“大众品牌”。

    当然,话再说回来,马自达对中国市场的追求也不仅限于销量,更注重品牌文化的传播。这从他们的官方营销策略“小众、精品”上就可见一斑。如果要追求销量,马自达也像大众、丰田一样,推出10余款套娃产品了事,覆盖的价位区间多一些,销量势必会蒸蒸日上,但那还是马自达吗?它毕竟不是丰田、更不是大众。坚定不移地走自己的路,让别人说去呗。

    全新一代马自达3,据说要搭载国外已经发布的马自达最新研发科技压燃技术的汽油发动机,而且排量更是达到2.5T。这一个消息让中国的马自达粉丝欣喜若狂。不过,现实终究会打败理想,在目前对排放要求日益严苛的中国消费市场,一个A级车要搭载2.5T发动机,怕是再无机会。不仅马自达如此,其它品牌也会逐渐取消这种动力配置。

    目前,国内已有全新马自达3的路试谍照,外观内饰大变样的它几乎可以确定,仍将搭载1.5L、2.0L自然吸气发动机,匹配6AT变速箱。

    最后小编想说,有遗憾的美或许更值得我们铭记。车如此,人亦如此。

    5、马自达压燃发动机车上市以后,2020款的马自达三会降价吗?

    首先惯例回答你:不会降价。

    下面我们分析一下:这款压燃发动机目前只支持进口,是马自达日本本土工厂制造,小道消息称使用全新发动机的车型要比现款车型贵三万元左右。

    那么会涨价吗?大概率不会。因为中国国内的汽车销售异常激烈,这款发动机比起1.2t-1.6t发动机,从动力,油耗来讲并没有多大优势,反而是维护保养和质量稳定性是个未知数。

    最后总结:新款大概率是会减成本的,在你看不到的地方。比如现款的独立后悬架改为扭力梁,说是什么日本进口。这是算过成本的定夺。

    6、日产的可变压缩比汽油机和马自达的“压燃”汽油机比,哪个更先进、更省油?

    这个我来分享一下。

    日产的可变压缩比和马自达的均值压燃是内燃机工程师几十年来的两个梦想,没想到作为一个发动机开发工程师,在我有生之年还能看到两者量产,而且好像说好了一样在都2018年推出,日产可变压缩比在前,马自达均值压燃随后。我之前一直觉得可能这两个技术到内燃机技术逐步退出市场时也难以突破量产这个瓶颈。对于在电气化的大背景下,内燃机遇到了前所未有的挑战,在沮丧中前行的内燃机工程师看到2018年日产和马自达的惊人成就就像在漆黑的隧道中突然看到前面还有亮光,内燃机还有未来!从这个意义上看真是要衷心的对日产和马自达说一声感谢和佩服,原谅我抒情了一下,实在是太激动!

    下面来详细的分析一下日产和马自达的创新之处。

    一.先看可变压缩比VCR

    1.可变压缩比VCR带来的好处

    汽油发动机多年来效率无法进一步提高的主要原因就是无法加大压缩比,目前主流奥托循环的汽油机压缩比的上限一般认为在11左右。研究表明,如果在部分负荷压缩比从10提高到14的话发动机热效率会提高2%-3%。

    之所以不能大幅度增加压缩比来提高热效率,最大的限制是汽油机的爆震问题,尤其对于增压发动机爆震问题更严重。

    所以,内燃机工程师一直在寻找是否可以在部分负荷使用高压缩比来实现高的热效率,在全负荷采用低的压缩比来避免爆震的技术方案。这样可以做到性能和油耗的完美平衡。

    2.可变压缩比VCR遇到的挑战

    为什么可变压缩比那么难呢?主要原因是发动机的压缩比是由燃烧室容积和缸径冲程尺寸决定的。燃烧室由于要承受高温高压还要保证密封,目前都是采用铸造而且还有水套冷却,进排气道布置,因此无法做成可变的。缸径也无法可变。看起来只能变冲程了,但是活塞,连杆曲轴系统的尺寸决定了冲程,这三个件高速旋转承受非常大的燃烧气体力和惯性力。很难做成可靠的可变结构。因此实现量产非常困难,很多人尝试结果都没有成功量产。

    3.日产VCR解决方案

    前面说到要想可变压缩比,只能考虑冲程可变,经过多年的研究和实践,目前主流的有两类冲程可变方案。

    a.通过改变连杆工作长度来实现。主要原理是通过增加液压机构,让连杆在工作过程中长度可变,从而实现VCR。这种方案发动机本体改动比较小,但是只能实现两级可变压缩比,因此效果会打一些折扣,这个方案一直没有公司量产。

    b.改变连杆和曲轴的连接方式来实现VCR。基本原理是连杆不再和曲轴直接连接,而是连接一个可变的过渡连杆装置然后再和曲轴相连。通过改变中间过渡连杆装置的杠杆比来改变冲程,从而实现VCR。这种方案比第一个改变连杆的方案要复杂很多,发动机改动很大,几乎是要完全重新设计。但这个方案可以实现压缩比的连续无极调节,效果最好。日产采用的就是这个最难的方案,通过20年的努力,最终量产了,日产2.0 VC turbo发动机压缩比可以在8-14之间连续调整。

    下面图里有一个FEV的研究结果,日产的连续可变VCR,NEDC工况油耗可以降低7%以上,即使是更接近用户实际使用工况的WLTP工况,也可以降低5%以上。

    二.再说说均质压燃HCCI

    1.均质压燃HCCI带来的好处

    内燃机工程师很早就在思考一个问题,既然柴油机采用的高压缩比压燃迪塞尔循环热效率高,为啥不把这种压燃燃烧循环嫁接到汽油机上来提高热效率呢?同时,为了避免柴油机稀燃完成的氮氧化合物NOx排放,可不可以采用汽油机的均质燃烧加三元催化器的燃烧方式呢?这样就不用花很大代价来解决柴油机近乎无解的排放问题了。

    这样集汽油机和柴油机两者优势于一身的燃烧当时就是均质压燃HCCI。如果这种概念可行的话汽油机的压缩比可以提高到18,热效率可以从目前最好的38%-41%的水平提高到50%,这简直是一种飞跃。这种想法工程师们进行了几十年的研究,由于存在一些致命的难题,一直很难突破。

    2.均质压燃HCCI遇到的挑战

    究竟有哪些致命的问题呢?HCCI需要高压缩比压燃,但是汽油的特性是自燃点比柴油高很多,要压燃必须创造比柴油机更高的压缩终了的温度和压力。这导致如果不能很好的控制的话,这就燃烧是爆震,会严重的破坏发动机,因此,传统HCCI只能在小负荷使用,而且为了在不同环境温度、湿度、油温燃油差异等多种因素下保证压燃的稳定性,必须对进气和燃油喷射进行一系列复杂的控制。这也进一步压缩了HCCI的运行区间。最终传统的HCCI系统运行区间太小,燃烧稳定性很难保证,所以一直不能真正走进量产。

    3.马自达的解决方案

    面对这些HCCI的挑战,马自达采用了以下技术来对应。

    a.改良的SPCCI燃烧系统,马自达对传统HCCI的运行区间小问题进行了优化,改进了HCCI燃烧概念,增加了火花塞来改善压燃点火的质量,使之具备量产的可能。马自达把改进的HCCI燃烧系统叫SPCCI,也就是火花塞控制的压燃点火。

    b.马自达为了进一步拓宽压燃工作区域,避免SPCCI在稀燃情况下引起的NOX排放超标,采用了废气再循环EGR系统。

    c.为了满足压燃情况下燃油混合的需求和保证燃烧稳定性,马自达采用了超高压的GDI喷射系统,喷射压力高达1000bar。这几乎接近了柴油机的喷射压力。要知道目前主流的GDI发动机喷射压力一般在150-250bar,马自达1000bar的喷射压力绝对是突破性的技术。

    d.机械增压器,不过马自达说这个不是传统增压器,只是SPCCI燃烧系统高响应进气控制的一部分。这个机械增压器,主要是为了控制进气,为超高压缩比提供足够的空气量,自己想要的空气温度和密度,保证压燃系统的稳定工作。并不是像传统增压器那样主要是为了提升性能。所以,马自达这个机械增压器的增压压力只有0.5bar。同时,机械增压器也顺便提升了一下发动机的性能,使马自达在大幅提高热效率的同时还能提升性能,两全其美。机械增压器被马自达这么用也绝对是创新了。

    e.电动可变气门正时VVT,调节速度更快,调节角度很大。能够灵活快速的控制残余废气和压缩压力,保证SPCCI的压燃系统在较大的范围内稳定运行。

    马自达用5大技术突破了均质压燃HCCI量产应用的瓶颈,开发出了SKY Active X发动机。马自达宣称如果从油井到车轮来计算二氧化碳排放的话,SKY Active X比电动车的CO2排放更低。这5项关键技术中前4项都是马自达独创的突破性成就,了不起!

    三.日产可变压缩比和马自达均值压燃究竟那个更好。

    还是先表达一下敬意,两者都是内燃机史上的里程碑,都非常伟大。非要比较,可以说是各有千秋。

    1.发动性能比较

    日产VCR系统还是基于当前的涡轮增压直喷发动机的技术,通过VCR来进一步优化性能和油耗,因此功率扭矩都非常高。2.0T VC Turbo发动机功率能够达到200kW,扭矩能够达到390Nm,性能非常强悍。马自达的SPCCI系统虽然有机械增压器,但是主要不是为了提升性能,几乎还可以看做一个自吸发动机,性能并不是很高。2.0 SKY Active X 发动机的的功率只有140kW左右。马自达也意识到了这个问题,在2.0 SKY Active X上集成了48V微混系统来改善发动机在整车上的性能。

    简单这么比较的话,性能上日产VC turbo更强。

    2.燃油经济型比较

    日产VC Turbo由于还是在涡轮增压直喷+奥托循环的传统燃烧原理下通过VCR系统来发掘潜力,油耗提升虽然很大但算不上颠覆性的,研究显示油耗改善根据不同的循环在5%~8%之间。

    而马自达SKY Active X完全颠覆了原来汽油机奥托循环的基础和限制,另辟蹊径,油耗降低能够达到30%以上。

    油耗比较上马自达SKY Active X完胜。

    3.NVH特性比较

    日产VC Turbo发动机复杂的连杆系统带来的另外一个好处是在做功时可以保持活塞和连杆处于垂直于曲轴的状态,这种情况下就没有了传统发动机做功时活塞所受的侧向力,下面有个图可以看的更清楚。消除了活塞做功时的侧向力可以减小活塞敲击的声音,同时可以有效的降低二阶激励,因此,日产VC Turbo不再需要平衡轴。从这个当面看,日产VC Turbo的NVH水平比目前的发动机要更好。

    马自达SKY Active X发动机有三个因素都是对NVH不利的:

    a.压燃系统多点同时燃烧,爆发压力提高很多,而且爆发的时间很短压力升高率很高。这些都对提高效率非常有好处,但是都回增加燃烧带来的振动和噪声激励。可以想像一下柴油机的燃烧噪声。

    b.超高压的直喷系统,喷射压力接近柴油机。这样喷油器和高压油泵会比目前传统的GDI系统噪声更大。

    c.机械增压器带来的噪声,机械增压器由于其工作原理,噪声一直是一个非常需要注意的方面。

    因此,从NVH比较,应该日产VC turbo更有优势。应该马自达的工程师也花了很多精力来解决SKY Active X的噪声问题,但是NVH一直不是马自达的优先诉求,因此可能日产应该更好一些。

    以上都是技术方面的对比,很多是我自己的分析,讲的都是冷冰冰的机器和技术,如果让我加入感情因素,我更支持马自达。

    日产的VCR虽然历经20年研发,但是还是在当前已经成熟的增压直喷技术方案上嫁接VCR来进行改善,技术方案上算是突破,可是燃烧原理上是继承的。

    马自达的SKY Active X完全是颠覆性的重新定义了一种燃烧方式,而且在电动化的大趋势下还能如此坚定执着,如此特立独行,需要的就不仅仅是技术了,更需要信念。马自达SKY Active X于今年美国洛杉矶车展发布,预计2019年上市,作为发动机开发的老兵,我要再一次对马自达表示敬意,并祝他们好运,也祝发动机好运!

    如果对SKY Active X感兴趣,我转发了一个视频,可以看一下马自达的讲解。

    以上信息供大家参考,欢迎讨论,每周会发发动机技术的专业解读,欢迎大家转发关注!