深度解读马自达的压燃发动机,原理和优缺点一览

心安勿忘 2021-02-18 17:05:01

作为马自达独创黑科技——汽油压燃技术的落地车型,昂克赛拉这款马自达销量担当,变得更加具有话题性。昂克赛拉在现有产品线的基础上,新增了搭载SKYATCIV-X压燃发动机的尊荣版,比原来的顶配车型整整贵出2万元,动力增加了22匹,油耗也略有降低,那么这个黑科技,真的有足够的魅力让顾客额外多花几万元去尝鲜吗?


马自达压燃技术是什么黑科技?


汽油压燃,并不是马自达第一个想到的,但当马自达宣布投入研发一款真正可以实现量产的汽油压燃发动机时,全世界都是震惊的,同时也是质疑的。毕竟,汽油压燃虽然有它的优点,但利用其优点所带来的副作用也不小,将这项技术量产化的代价太大,导致鲜有厂家为此投入成本。


但要知道,作为唯一一个把转子发动机发扬光大的品牌(曾经),在技术这一块,马自达表示没有服过谁,既然你们都不敢做,那就我来呗!

深度解读马自达的压燃发动机,原理和优缺点一览


那么这个汽油压燃到底有什么看头?这里大致来复习一下,详细的技术解析可以点击下方进入相关文章。


二十一世纪伊始,关于氢能源应用在车辆上的研究掀起热潮,不过大家再次失望地发现它依然不具备推广的天时地利人和。因此众多车企转向电驱动,使其有了空前的发展,绝大多数品牌也已经走上了电动化道路。但马自达这个偏执狂,就喜欢在燃油机上面钻牛角尖。为了进一步提高发动机热效率,马自达想出了把柴油发动机上的“压燃”用到汽油机上。


那么SPCCI的突破点在哪里?首先我们要先了解一下HCCI均质压燃技术。


HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)——均质压燃。为什么燃料可以被“压”燃,这里就需要复习一下中学物理了。压缩(外力对其做功)可以使得物体内部分子热运动增强,内能增加,温度就会升高。还记得物理老师用一根管子快速压缩,瞬间把管中的羽毛引燃吗?压燃技术正是运用了这个原理,这也是柴油发动机的特性。

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HCCI除了能实现很高的压缩比,还能让燃料快速且完全地燃烧,多点大面积同时着火实现稀薄燃烧。没有了传统火花塞点燃火焰的传播延迟过程,压缩点火可以在极短的时间内完成燃烧放热,以提高发动机效率。因此,HCCI是一种非常理想的燃烧模式。


难处在哪儿?HCCI在汽油发动机上很难实现稳定状态,因为燃烧的氧化反应过程复杂,从氧化反应开始,到混合气引燃期间,会有一段从冷焰到热焰的着火延迟。这个着火延迟与缸内温度、压力和燃料浓度都有关系(不同的驾驶条件下,压缩冲程中存在温度和压力的变化),因此HCCI的着火时刻不易控制。


如图所示,HCCI只适合于中低转速的工况,那么能否在其他转速期间用火花塞来点火呢?


可以是可以,但前面说了,HCCI的着火时刻难以捉摸,使得火花塞点火时机的把握变得极为困难,因此两种引燃模式之间的切换,无法做到完美的衔接,这就不利于发动机的平稳运转和寿命。


为了实现将混合气先点燃小部分再压燃大部分,SKYACTIV-X发动机采用分段喷油,在进气行程中先喷入少量汽油,点火增压后,继续在压缩行程中再喷入足量的汽油进行压燃。因此分段喷油是一个关键的小细节,它能够降低发动机在高压缩比的设定下,缸内混合气过早爆燃的可能性,大大优化压燃稳定性。


简而言之,火花塞的存在,不是为了点火,而是一个为压燃创造条件的辅助手段。

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那么加入了压燃技术的SKYACTIV-X发动机有什么优势?


1、燃油经济性的显着改善


在排量为2.0L的发动机中,创驰蓝天SKYACTIV-X的燃油经济性与SKYACTIV-G相比提高了20%。同时,当长时间处于低速工况,由于使用超级稀薄燃烧,燃油经济性可提高30%。得益于超稀薄燃烧,全新一代马自达3上搭载的SKYACTIV-X热效率已经达到了43%,超越了丰田的41%成为目前世界上热效率最高的汽油发动机。


2、显着提高输出性能和响应能力


马自达研发压燃引擎图什么?


马自达并不是想秀技能,为了压燃而压燃,SKYACTIV-X的核心在于超稀薄燃烧,压燃是它实现的手段。因为当空燃比超过理想的14.7:1之后,比值越高,混合气越稀薄,就越难以被点燃,常规发动机空燃比达到19:1以上基本就点不着了。


马自达为何极致追求超稀薄燃烧,原因在于马自达认为从宏观层面来讲,电动车整个产业链在二氧化碳排放量上并不比内燃机好多少,发电、电池生产、废弃电池等环节,都存在自然环境威胁。因此对于马自达而言,内燃机依然有未来,石油枯竭可以寻找替代能源,降低污染可以采用清洁燃料,长远来看,内燃机并不会因为电驱动的崛起而迅速消失。提高热效率,提升动力,降低能耗,才是永远的课题。

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搭载压燃引擎后,开起来怎么样?


采用了SPCCI压燃技术的SKYACTIV-X发动机,搭载在昂克赛拉上面之后,比使用SKYACTIV-G 2.0L引擎的普通版本多了22匹马力,以及28N·m的扭矩。这个动力数据差异体现在日常驾驶中并不明显,根据我们对两种发动机的昂克赛拉的零百实测,其差距也仅在0.59秒,在日常驾驶中是难以察觉的。


搭载压燃发动机的昂克赛拉,其主观驾驶感受却是有些许差异,主要体现在两个方面。一个是加速,一个是发动机声音。


加速方面,尽管压燃引擎的动力提升并不多,但得益于其技术特性,能够感觉到发动机在深踩油门时,动力的释放会更加果断。油门初段的动力响应会更积极,扭矩的输出毫无保留,转速提升更迅速。尽管加速并非真的快了很多,却能给你更畅快的错觉。


另外,在高速巡航时继续深踩油门再加速,动力的储备也更加充足,后段的提速推背感要比普通版本的昂克赛拉更明显,马力的优势在此时最为明显。和6AT变速箱的完美匹配也使得这一代昂克赛拉驾驶起来充满了玩味,挡位总是能够聪明地适应你的需求,温和驾驶时会积极升挡压低转速,突然深踩油门又会瞬间连降两挡拉高转速,反应堪称快准狠。


在这一代马自达3昂克赛拉刚上市的时候,试驾后它浑厚的声浪是最让我印象深刻的一点。这一代车型的隔音水平其实要比上一代有所优化,但高转速时发出的动人轰鸣依然能够足以让你血脉喷张。相比之下,压燃发动机的声音要比普通版本略小一点,但音色同样饱满,非常好听。

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转向的阻尼有着恰到好处的质感,过弯时转动起来非常自如,不过这种转向回馈力度在高速时会显得过于轻盈,高速行驶时遇到路面起伏或弧度时会略显发飘。


值得一提的是,在GVC(加速度矢量控制系统)的作用之下,高速过弯非常稳,昂克赛拉的悬挂并不是很硬,但GVC系统对侧倾起到了很好的抑制作用。快速变线时,也明显比同级别车型晃动幅度更小,加速出弯信心十足。


关于刹车方面,它的踏板行程实际上是比较长的,而且脚感很软,原厂调校的特性是初段很软很虚,踩下1/3基本都没有什么明显的制动力,但后段却非常强。尽管深踩刹车时能够感觉到制动的力度很强,但前段难免让人心里有点慌。


压燃发动机油耗测试


从前面的技术解析我们可以得知,马自达的压燃技术,优势有两个,一是动力提升,二是油耗降低。为了实际验证压燃版本是否真的比普通版本更加省油,我们找来了两款车进行相同路况的油耗实测。


按照惯例,出发之前两台车来到同一个加油站加满油,需要特别提到的是,创驰蓝天SKYACTIV-G发动机最低可以适用92#汽油,但压燃发动机必须使用更清洁的95#汽油,燃油经济性怎么样不好说,人民币经济性反正是打了折扣。


加满油后,两车清零行驶及油耗数据,空调统一为二档风、22℃、内循环,发动机启停状态默认开启,由于新一代马自达3昂克赛拉(询底价|查参配)全系都不支持驾驶模式切换选择,因此没有经济模式可以选择,直接用D挡进行测试。两车组队行驶,全程保持跟随,确保路况一致,减少因道路环境差异造成的误差。


测试的路线大致如上图所示,全程为110km左右,其中包括25km的高速,25km的市区拥堵路段,以及60km左右的城市快速路/环线高速。不过,由于测试时间是周五下午,因此不论是市区还是城市环线/快速路,车流量都非常大,即便是上了高速,车辆也比较密集。整个测试的路况是属于比较拥堵的,不过这也是一线城市交通的常态,测试的结果也更加接近现实使用情况。


经过了110km左右的综合路况行驶之后,压燃车型表显行驶里程为109.7km,而普通版车型表显里程为109.8km,测试里程基本一致。而表显平均油耗上,压燃则比普通版低了0.4L/100km,那么实际消耗油量的差距是怎么样的呢?


可见,在相同路况下行驶相同里程,压燃发动机确实比普通发动机更加省油,经过换算,可得出SKYACTIV-X压燃引擎百公里综合油耗为7.4L,而普通的SKYACTIV-G发动机百公里综合油耗为7.9L。


那么以普通版顶配车型作为参考,如果你想要尝鲜拥有一辆搭载SKYACTIV-X压燃发动机的昂克赛拉,在得到黑科技加持和内心满足感之后,多花的2万元,是否能通过更低的油耗,把钱省回来?


我们以上面图示的汽油价格为例,算一笔账。压燃引擎每100km可以省下半升汽油,但95#汽油通常比92#汽油贵出5~6毛钱,所以压燃版每开100km还要比普通发动机多花1.2元左右。也就是说,要把买车多花的2万块钱,永远省不回来……


总结


是不是突然觉得马自达的压燃技术也不过如此,节省下的燃油还不够抵消95#和92#汽油的差价,对于消费者而言,为多出来的22匹马力多花2万元,似乎还不足以成为选择它的理由。但是,新兴的事物总是如此,在大面积市场化之前,价格必然不会太亲民。况且,对于马自达而言,压燃发动机的研发和量产,有着更长远和更深层的意义,它更像一个图腾,向世人再一次强调这个车厂永不服输的性格。


汽油压燃,作为新兴技术其是否有足够的可靠性,也是一个需要时间来告诉我们答案的问题。如果它能经得起考验,那么这项既能提升动力又能降低油耗的技术,或许未来会被大范围应用,就像当年的双离合一样,在骂声中不断地优化,也不断地推广。或许10年后,路上跑的只有两种车,一种是电动车,一种是压燃的汽油车。


来源:太平洋 汽车

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