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压燃的诱惑 赛道体验马自达全新发动机

来源:汽车之家 2018-05-31 08:58:10

  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。

  说起的这台发动机是马自达创世蓝天的第二代技术,2019年它会以量产的身份进入中国市场,在我们编辑部自己的内部沟通中,我始终坚定HCCI,也就是压燃汽油发动机都不具备量产的可能,尽管先后有奔驰、现代拿出了技术成果,清华大学也完成了压燃发动机的首次点火,但这就相当于现在很多公司都在声称自己拥有L3甚至更高级别的自动驾驶技术一样,或者此前炒的很热的石墨烯电池概念,它们都属科研范畴,科研和产品之间还隔着很长一段路要走,甚至很多都是死路。

  关于这台发动机,去年我同事特意去欧洲做了它的解析(相关链接请点击),也开了搭载第二代创驰蓝天技术发动机的昂克赛拉试制车,事实上,马自达一共做了6辆用于验证、调校工作的试制车,这次,我来到马自达在日本的测试场,更全面的对这台发动机的工况适应性进行体验,相比此前的开放道路,封闭道路更容易通过对赛道的限制,创造出有针对性的体验路段。

  第二代创驰蓝天发动机的技术部分之前已经做过很详细的解析了,我会先对它进行个简要的介绍,之后,结合一天的驾驶体验,我再说说我对这台发动机的理解。

  ●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。

  ●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,期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。

  ●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,但是在这样的行驶工况下,CI模式转瞬即逝,就算稳住油门也没用。

  不过,有一次我在一个轻微上坡的路段却获得了持续性的CI模式,油门行程很小,小到车辆在上坡时车速逐渐下降,发动机的转速也从1400rpm掉到1200rpm左右,变速箱没有降挡动作,此时听到了轻微的爆震声音,当CI模式退出时,爆震声音消失。

  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。

  ●问题:

  1、冷车状态下的怠速问题

  搭载第一代创驰蓝天发动机的马自达车在中国保有量很大,有些用户反馈,他的马自达在冬天冷启动后的怠速转速很高,几乎达到2000rpm,由此带来的怠速噪音是很难接受的,对于这点,马自达工程师表示他们非常清楚这样的问题,在第二代技术中会尽可能的避免这种现象。

  2、量产后的稳定性问题

  很多人都在关心油品的适应能力,在我看来,这台发动机对不同标号的油品适应能力与大多数直喷发动机可能不会有太大差异,无非就是在使用高标号汽油时,动力性更强,而低标号油就会面临一些动力衰减,因为通过进排气两侧的电动VVT对气门的开闭时刻进行调节,就可能弥补辛烷值导致的油品性能差异,当然,动力会被损失掉。

  让我觉得可能存在的问题在于积碳,气缸形成积碳本应是个正常现象,燃烧不充分、曲轴箱通风系统油机分离不充分都会导致缸内积碳的行程,积碳占据本就不大的燃烧室,进而可能会改变内部的压力结构,严重的情况下会影响到SPCCI的工作。当然,一切要等到拿到量产车后才能下结论,到时我肯定申请一台长测车。

  开完车后我就拉着马自达的工程师聊,技术方面其实没什么可说的,我唯一关注的是你们为什么这么做?

  原来,“问题”是出在马自达的研发团队在做事的逻辑上,传统的研发逻辑是我先确定一个产品的市场定位,之后在市场中看谁是我的竞品,或者通过一些商业情报得知未来谁会成为我的竞品,第三步是分析这些竞品各方面的性能,比如他的动力性,我自己的技术能不能达到他的水平,最后完成一款产品的企划。

  马自达研发团队首先确定的是一个目标,就拿发动机来说,他们会定一个理想的目标,以这个理想的目标为视角去看整个行业的现状,找到平衡点,这就导致了马自达做事会让人觉得摸不着头脑,明明大家都在涡轮、直喷、新能源技术上使劲,他却要在压缩比、进气方式、压燃上动脑筋,走一条新的技术路线终究是孤独的,供应商体系中没有成熟的技术解决方案,基本所有的技术都得自己做,或者牵头供应商一起做。另一个比较现实的问题在于,技术的攻克大多都是项目组制,项目推进的进度不同,不可能所有的项目都能够在产品的研发节点上拿出实质性结果,这与项目开启时间,供应商效率等因素有关,所以,有时候就要退而求其次,拿出阶段性最好的成果填入整车开发体系之中,在工程师来看,这样的做事方式才是人马合一的前提。

 
责任编辑:周震
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