
汽车评价: 在当今汽油发动机涡轮增压+缸内直喷大潮中,谁在坚持自然吸气?又拿什么来抗衡“T”型机的高动力和低油耗?

马自达,这个以转子发动机彰显个性的公司如今拿出“创驰蓝天”发动机来抗衡汹涌的T动力,它的法宝有三种:提高压缩比、轻量化和减少机械摩擦阻力。其中,提高压缩比是关键,它让发动机的热效率有了较大的提升。

一般来说,内燃机在燃料燃烧过程中所产生能量大部分会转换成排气损失、冷却损失、泵送损失、机械损失等四种主要损失而流失。改善内燃机的热效率就是要降低这4种损失。为了减少这四种损失,能够控制的是压缩比(膨胀比)、空燃比(比热比)、燃烧时间、燃烧时机、泵送损失、机械阻力等六大因素。

马自达认为,只要将这六大控制因素进行理想配置,就能够改善内燃机的性能。上述六大控制因素中,汽油发动机、柴油发动机的关键都是压缩比。最终,实现14.0高压缩比的创驰蓝天汽油机,比原有发动机燃油经济性改善约15%,低中速扭矩也提升了大约15% 。

提高压缩比,能够大幅提升热效率。近年来汽油发动机的压缩比一般在10~12左右,理论上将压缩比从10提高到15后,热效率能够改善约9%。尽管如此,此前的汽油发动机并没有大幅提高压缩比,原因之一就是爆震会导致动力输出大幅下降。

爆震是指燃料与空气的混合气体被置于高温高压下,在正常燃烧结束前发生的异常燃烧,并发出令人不适的高频音。提高压缩比后,压缩上止点附近的温度会增高,容易发生爆震。

为降低压缩上止点温度,有效的方法是减少残留在燃烧室内未排放的高温残留气体。例如,假定压缩比10,残留气体温度750℃、新气温度25℃时,如果残留气体达到10%,则压缩前的气缸内温度上升约70℃,压缩上止点温度也上升约160℃。可见,残留气体量对爆震的影响非常大。如果将残留气体从8%减半至4%,即使压缩比提高3,压缩上止点温度仍相同。

大幅减少残留气体的方法之一是采用4-2-1 排气系统。如果排气路线短,如下图所示,3号缸的排气阀打开后,产生的高压排气压力波会对其它气缸造成影响,如排气即将结束进气已经开启的1号缸。此时,1号缸已经被排出的气体又被压回燃烧室内,增大了高温残留排气量。排气管较短时,高压波会在短时间内到达其他缸,不良影响会从低转速持续到高转速。

在排气路线较长的4-2-1 排气系统中,高压波传到其他缸体需要较长时间,因此其不良影响被限制在极低的转速区域,基本上能够在全转速区域减少残留气体。另外,为提高常用区域的扭矩,需要600毫米以上的管长,为节省空间,采用了环状排气管。

4-2-1 排气系统的最大问题是由于距触媒的距离较长,排气温度下降后,无法早期激活触媒。通过延迟点火时机能够提高排气温度,但如果延迟过多,燃烧会变得不够稳定。因此,在创驰蓝天发动机上,还要解决燃烧稳定性问题。

另外,创驰蓝天发动机提高喷射压力、通过多孔喷油器改善喷雾特性,让燃料喷出时产生一种气化现象,可以把气缸内的温度降低,降低了爆震的可能。改善缸内燃烧状况也可一定程度地避免爆震,如果能够缩短燃烧时间,未燃混合气暴露在高温状态的时间也会缩短,可在发生爆震前完成正常燃烧。而特殊设计的空腔活塞顶,有利于火苗在缸内的迅速燃烧。
