年轻的时候认为世界非黑即白、非对即错,后来有人一次又一次的用现实向我证明,世界是彩色的,至于对错要用利弊来衡量。这确实是一个挑战知识边界且重构对世界认知的过程,就像现在很多人都在说内燃机没有未来,它应该苟延残喘的走完余生,事实上,发动机还没有被放弃,甚至还在一次又一次的被定义着,就像摆在你面前的发动机,明明挂着机械增压器、插着火花塞,马自达工程师却告诉你这是一台靠压燃的自然吸气发动机。
1 自吸还是增压?
就发动机类型来说,自吸和增压的定义是清晰的,说的是进气形式,那么对于这台发动机来说,为什么挂着机械增压器却要说是一台自然吸气发动机呢?判断的依据在于用途,传统的增压发动机是为了让气缸进更多的气,进而通过喷更多的油实现更强劲的动力输出,空气和燃料的关系更多被控制在14.7左右,也是发动机教材中提到了最佳空燃比。根据能量守恒定律,喷油量和动力有直接关系,所以说增压发动机省油都是不严谨的。
而马自达这台发动机的机械增压器同样是为了进更多的气,只不过,喷油量并不会以14.7这个比例增加,反而是通过可实现1000Bar喷射压力的供油系统将喷入气缸的燃油进行极致雾化,再与过量的空气进行混合。
理论上,要让空燃比达到30以上,在这个状态下,用火花塞点火的效果非常差,传统发动机的点火是从中心火焰引燃整个燃烧室的混合气,而当空燃比趋于30时,火花塞基本就是个摆设了,但当发动机技术发展到某个阶段后,必须要用一些极限的工况来打破效率的瓶颈,而在解决发动机效率这条路上,稀薄燃烧是个相对“成熟”的想法,之所以说它成熟是因为每家厂商都在尝试,但基本都因油品差异的原因没能在量产阶段完全适用。
2 压燃还是点燃?
要想实现更高的热效率,必须要推进稀薄燃烧技术,于是,执着的广岛工程师就开始“钻牛角尖”,压燃!说到压燃,大家第一想到的肯定是柴油发动机,在柴油发动机领域,压燃所呈现出的是一种多点火核的状态,如果能够实现,这是不是就能够解决稀薄燃烧状态下点火火焰无法传播的问题了?
多点火核的状态换成技术名词就是均质燃烧,它曾经也是被各大厂商挂在嘴边的技术,而各地区的油品就像刽子手一样逐一将其“阉割”,均质燃烧跟稀薄燃烧有一定的共通性,分层燃烧是另一种技术诠释,只不过,相比之下,均质燃烧的状态更为极限。既然可以实现汽油的压燃,那为什么还要保留火花塞?
汽油的压燃需要条件,显然,仅凭压燃还无法覆盖所有使用工况,比如在启动或者急加速的时候,还是需要火花点火(SI)的方式,而真正的技术突破点在于通过将压燃产生的均质燃烧和火花点火两种状态相结合,起初我真的不是很明白甚至误解了点火的意义,在马自达发动机工程师的教条里,这次,火花塞产生的火焰并不是为了点火,而是为了获得混合气被引燃后产生的压力,将这部分压力与活塞上行建立的缸压相结合,以此让压燃的过程受控。
换句话说,在空燃比趋于30的时候,如果没有源自火花塞火焰膨胀后建立的“额外”压力,可能也不会有很好的均质燃烧效果,所以,在SPCCI(火花控制压燃点火)模式下,火花塞是一个控制器,而它执行的依据则源自每个气缸的压力传感器。
总结下来就是,实现更高的热效率是目标,稀薄燃烧算是一个技术方向,为了更广泛的应用稀薄燃烧而采用压燃方案,均质燃烧随之而来,得以保留的火花塞则扮演双重身份,一个是在高负荷状态下的点火,一个是在中等和低负荷状态下控制气缸压力。
3 开起来怎么样?
试装车内有个平板电脑,它会显示发动机3种工况变化,分别是SI(火花点火)、SPCCI(火花控制压燃点火)、CI(压燃点火)。
试驾跟技术理论分析的结论基本相符,在整个体验过程中,大部分处在SPCCI工况,当急加速时会切换到CI工况,切换的过程驾驶员感受不到,或者你也分不清到底是来自变速箱的降挡,还是来自动力输出导致的车身俯仰,总之,你可以把这个过程理解为现在市面上阿特金森循环发动机的工作逻辑,谁也分不清它和奥托循环的之间的联系。
至于CI工况,我试了两圈之后才逐渐找到激活他的规律,一般是在升挡后适当收一点油门或者踩下三分之一油门踏板行程后再收一点油门,原则上,三挡状态下,发动机转速在1300-1500rpm之间,此时的车速大概在40km/h左右。
高速巡航应该会是CI模式最好的使用场景,在观众台前的直道上,车速保持在90km/h,稳住车速和油门的状态下,转速在1800rpm时,发动机会持续性的以CI模式进行工作。
马自达的研发是以理想状态为第一追求目标,行业现状只作为评估依据,进而在理想状态和价值之间找到一个平衡。
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