如何看待马自达“第二代创驰蓝天”不再坚守自然吸气而转投机械增压,未来在民用车上还能买到非增压发动机吗?:先说句题外话,内燃机发展到今时今日必然要向着小
所以请理性看待自然吸气发动机的凋零,这是一种必然的趋势,或有情怀、但情怀斗不过规则,也不能当饭吃。。。况且谁说马自达坚守自吸了?早在几十年前马自达玩转子的时候就在13B-REW发动机上挂了两颗涡轮,所以不要说马自达坚守自吸,即便是现在同样也有一款叫SKYACTIV-G的2.5T涡轮增压发动机,不过这款发动机与题主问的第二代创驰蓝天的机械增压发动机完全不同,实际上创二配备的机械增压只不过是个实现快速充气装置,但从用途上看,它不属于机械增压,只不过原理是机械增压(这话说的拗口)。。。
无论是惯性增压、汽波增压、压缩机增压(机械增压)或者是废气涡轮增压,其存在的意义都是在于提高气缸的容积效率,在不改变气缸物理容积的情况下增加气缸的实际容积,这样即可在每循环燃烧更多的燃料从而获得更大的能量!比如一个0.5L的气缸,如果是自然吸气发动机那么每循环它最多能吸入0.5L的新鲜空气,那么配合理想空燃比,理论上可以点燃约0.03L燃油,但如果进行增压、由增压器在每循环强行压入气缸1L的空气,那么理论上每个循环可以燃烧0.06L的燃油,这样一来就在不改变气缸物理容积的情况下,增加的进气量从而增加了喷油量,燃烧的燃料多了、产生的能量也就大了,动力自然就强了;这就是传统增压装置的存在意义。。。
但马自达的二创(简称)SKYACTIV-X发动机采用机械增压装置的目的并不在于提高进气量让发动机多喷油,而是要完成正常点燃到超稀薄压燃的切换!要想实现超稀薄燃烧,首先空燃比就得超高,比如空燃比在一瞬间增加一倍达到29.4,而在一瞬间即便是节气门全开也进不来这么多空气;还用上面的例子来说,传统的增压装置会在0.5L容积的气缸内压入1L的空气,从而燃烧0.06L的燃油,按照理想的空燃比14.7进行喷油;而马自达超稀薄压燃的本质是提高压缩比(进气量)、不增加喷油量,这才符合稀薄燃烧的本质;同样在这个0.5L的气缸中,若想将空燃比拉升至29.4,那么就必须借助增压给它充气,在喷油量为0.03L的时候强行往气缸压入1升空气,1升空气压燃0.03L汽油,就属于超稀薄压燃了,此时的空燃比已经达到了29.4以上。。。所以没有这个增压器上哪弄那么空气来拉高空燃比?因为这款机器在压燃模式下的节气门已经全开,如果是自然吸气发动机那么进气量再大,也没办法做到在0.5L气缸中灌入1L空气,所以就配备一个机械增压来快速补气;涡轮增压是不行的,因为它响应的不够快。。。
马自达一直被称为疯狂的技术控,现在看来有些精神病的倾向;稀薄燃烧简单点说就是空燃比大于理想空燃比14.7时进行燃烧,而不断提高稀薄燃烧的边际实际上就是不断的提高空燃比,空燃比越大、燃油燃烧的越充分(理想空燃比14.7下并不能让燃油完全燃烧),也就是更具有燃油经济性,但空燃比在14.7-29.4之间时,氮氧化物产生量最大,如下方引用部分中的反应式1,稀薄燃烧由于空燃比过大而营造出了富氧环境,所以极容易产生NO(二氧化氮生成量微乎其微,可以忽略),传统的内燃机可以依靠米(阿)循环?EGR来进行降温而终结反应式1(终结了反应式1,反应式2、3就不会产生),只不过稀薄燃烧带来的富氧环境加剧了反应式1的进程,所以只有将空燃比拉高至29.4以后,才能令反应式1放缓(什么原理鄙人也不知道),所以马自达要做压燃又要保证排放,就必须降稀薄燃烧的边际拉高至29.4以上,要不然排放不合格,造出来也没法量产。。。
1.O+N2=NO+N,反应温度为1727度以上 2.N+O2=NO+O,反应温度约27度以上 3.N+OH=NO+H,反应温度约27度以上
现在我们弄明白了,为了更省油,马自达选择了压燃;而为了保证排放,马自达起步就将稀薄燃烧边际拉高至29.4以上(越过了一氧化氮最容易产生的空燃比);但问题来了,当空燃比超过29.4之后,利用火花塞根本无法点燃汽油,即便依靠直喷发动机更容易实现多层次喷油(火花塞处混合气浓度最大,然后至下逐层变稀,分层燃烧利用火花塞点燃周边最浓混合气,然后依靠火焰传播至下逐层点燃越来越稀的混合气,但当空燃比超过29.4的时候,火焰传播过缓,没办法依靠火焰外扩点燃更多的稀薄层混合气,直接灭了),但也无法保证各个稀薄层燃油被全部点燃,所以空燃比超过29.4的稀薄燃烧依靠火花塞已经无法全部点燃(不能全部点燃,就等于燃油浪费,还谈什么省油呢),所以马自达选择了柴油机才用的压燃方式进行点火;原理就在于在特稀薄的条件下用火花塞跳火引燃的终究是一个火点,而活塞上行压燃的是一个层,率先压燃那层会有无数的着火点,利用众多的着火点火焰的外扩传播来点燃所有稀薄层混合气;一个火点不行,那就放一把火,这就是马自达工程师想出的解决方案。。。
其实提到稀薄燃烧就可以想到动力的响应会很差、是非常差,越稀薄、越差。。。
1.过量空气系数为1,空燃比为14.7,此时属于理想空燃比,动力、油耗处于相对平衡的状态;
2.过量空气系数为0.88,空燃比约13,此时处于燃油加浓状态,这个时候车子动力响应最理想(火焰传播速度最快),但会造成多余的燃油浪费。。。
3.过量空气系数大于1,空燃比大于14.7,燃油燃烧的越发充分,到底多充分要看空燃比到底能大到什么程度,空燃比越大、燃烧就越充分,也就越省油,但代价就是动力越来越渣渣化,因为火焰传播速度越来越慢,慢的都快灭了,动力能不渣么?
写到这就能知道马自达的超稀薄压燃模式在车辆需要动力的时候就必须终止,上面也写了动力来源于燃油加浓,所以当急需动力的时候就必须由压燃切回火花塞点燃,而此时上文提到的那个机械增压装置停止工作、不再强行往气缸灌气,此时的空燃比恢复到14.7或者继续降低进行加浓,便于发动机释放动力。。。
其次就是这个超稀薄压燃会受到应用环境的制约,比如大东北的冬季,超过零下30几度的低温情况下,超稀薄压燃会变的困难;而在发动机转速偏高时,由于每循环各冲程切换速度太快,所以超稀薄压燃无法确保所有稀薄层混合气都完全燃烧(稀薄燃烧依赖时间),所以就必须有火花塞进行辅助。。。
当外部环境温度低、燃烧室温度低、不容易压燃时,火花塞会先跳火点燃部分汽油对燃烧室进行预热,随即上行而来的活塞就更容易将剩余燃油压然;当发动机转速较高时,此时发动机温度适合超稀薄压燃,但转速高、每循环的四个冲程切换的过快,所以压燃来不及燃烧掉所有燃油,而压燃烧不掉的燃油就由火花塞跳火进行点然;当发动机全负荷时,直接切换成火花塞进行点火,终止压燃。。。这就是保留火花塞点火的原因。。。
实际上在这款SKYACTIV-X发动机上,燃稀薄压燃与火花塞点燃是时时切换的,两种模式时时切换就意味着空燃比时时切换;火花塞点火用14.7空燃比,而超稀薄压燃则用大于29.4的空燃比,所以空燃比是控制核心,要想瞬态改变空燃比,只有用上文提到的所谓增压但实际为机械补气装置来实现;比如上文提到的那个例子,环境温度低、燃烧室温度低,没办法超稀薄压燃,就需要先用火花塞点燃一小部分燃油对燃烧室预热,此时空燃比14.7,而紧接着就是空燃比大于29.4状态下的压燃,从点到压只是一瞬间而已,发动机一个压缩冲程能有多久?所以在这么短的时间内想依靠往气缸强行灌气来增加空燃比,只能用这个机械增压装置来完成瞬间灌气(增压),但和传统的增压不同,它只灌气,但不增加喷油,所以没有榨取发动机的动力,所以它从功能的角度上看不属于传统的增压器,只不过是个快速响应的充气泵而已。。。麻烦不?能有几个朋友能看完全篇?这就是马自达,不断给自己找麻烦、挖大坑的神奇马自达。。。
谢谢邀请,我来分享一下,其实马自达第二代创驰蓝天发动机Skyactive X上使用的机械增压器和我们常规认为的机械增压器的目的完全不一样,马自达用机械增压器是SPCCI火花塞辅助压燃技术的特殊需要,下面我简单介绍一下来龙去脉:
马自达第二代创驰蓝天 SKY ACTIVE X采用了马自达独创的SPCCI火花塞辅助压燃技术,这一燃烧系统的开发思路是结合汽油机的低排放和柴油机压燃的高效率而开发的,其核心的技术如下:
1.超高压缩比
Skyactive X发动机的压缩比提高到达到类似于柴油机的18,从而将热效率提升到50%,这几乎是目前热效率最高的发动机。图2是马自达的研究结果,显示压缩比提高到18:1的时候配合稀薄燃烧可以实现超过48%以上的超高热效率。
2.SPCCI火花塞辅助压燃
马自达把柴油机的压燃概念引入了汽油机用,利用超高压缩比来提高压缩终了时候混合气的温度,使之能够超过汽油的自燃点从而实现压燃。这其实和传统汽油机的爆震是一样的过程,因此,马自达也把这一过程称之为可控的爆震。由于压燃的条件极为苛刻,因此马自达保留了火花塞,以便在压燃条件无法实现的冷机和大负荷情况下能够使用火花塞来辅助实现压燃,也可以在需要时切换回传统的火花塞点火模式。这是马自达对传统HCCI均质压燃概念的重大改进,使压燃汽油机具备量产的可能。
3.超级稀薄燃烧
马自达为了提升Skyactive X发动机效率,把柴油机的稀薄燃烧概念嫁接过来,但是为了避免S在稀燃情况下引起的NOX排放超标问题(这可是大众柴油门的核心排放问题,是柴油机排放技术的难点),马自达采取了两个措施:
(1)超级稀薄燃烧,降低燃烧温度,减少NOX的产生。
(2)类似于柴油机一样采用了废气再循环EGR系统来进一步降低NOX的产生。
4、 机械增压器,
说到重点了,马自达采用增压器的主要目的不是提升性能,而是为发动机提供大量的空气,从而使大负荷情况下的超级稀薄燃烧成为可能。所以这个机械增压器增压压力很低,只有0.5bar。马自达特别说明这个不是传统的机械增压器,只是SPCCI燃烧系统高响应空气控制装置(图5图6)。不过这个机械增压器还是为发动机带来了更大的扭矩,Skyactive X的发动机扭矩能够比上一代的Skyactive G提高20Nm(图7)。
顺便说一下,马自达为了实现可控压燃和超级稀薄燃烧也必须把类似于柴油机的高压燃油喷射系统也嫁接过来(图9可以看到发动机上类似于柴油机高压喷射系统的的油轨和高压油管)。马自达宣称Skyactive X使用了喷射压力高达1000bar的超高压燃油喷射系统(图5),接近了柴油机的喷射压力。要知道目前主流的GDI汽油发动机喷射压力一般在150-250bar,350bar的系统才刚刚开始进入市场。
以后还能否买到自然吸气发动机,我的理解是随着混动时代的到来,自然吸气发动机会重新回归市场主流。可以看一下我之前转发的一篇文章《自然吸气携混动王者归来》。
以上信息供大家参考,欢迎讨论。对发动机感兴趣的朋友可以关注我,每周会发布发动机技术的专业解读,谢谢支持!
您好!感谢邀请!
首先要明确一点:无论是机械增压还是涡轮增压,其本质其实是提升发动机的动力(尤其是扭矩)对于节油,目前无论是大学实验室还是媒体测试,都无法证明增压技术自然吸气会更节油。
原因很简单,在以14.7:1(理论最优油气混合比)为基础的理论下,进入了多少空气,就要相应的进入多少比例的汽油。而增压的核心在于进入了更多的空气,那也就意味着,进入的其有更多。这个不难理解。
现在,我们再来聊聊马自达的第二代创驰蓝天。它的确有机械增压技术,但并不是我们传统认识上的机械增压。
它有点类似于闭缸技术,也就说,只有当发动机需要的时候才会让机械增压器离合器接合,从而开始工作。比如,在高速巡航时,想要更高的变速箱挡位,获得更低的发动机转速(毫无疑问,这种状态下的油耗会更低)就必须要更大的扭矩作为支持。但显然自然吸气并不具备这样的实力。
至于未来能否在民用发动机上见到非增压发动机这个问题我觉得应该不用担心。
因为丰田的混合动力技术在可预见的未来,应该还会采用具备阿特金森循环(其核心就是膨胀比大于压缩比)技术的自然吸气发动机。
不一样吧?普通的增压是加气加油,保持空燃比不变,其实不省油,马自达的是加气不加油,增大空燃比,达到超稀薄燃烧,理论上更省油!
人家也就是国内没卖涡轮机而已,又不是没有。。。。说啥坚持啊
机械增压也属于自习吧。
马自达从来不玩小排量涡轮,最低2.3T,什么坚持自吸...傻啦吧唧
从内燃机的历史和发展来看,自然吸气或者增压从来都不是企业选择研发方向的最终目的,企业所想要达成的目标是“使新一代内燃机的热效率更好”。可众所周知的是,内燃机从化油器到电喷一共用了50年,热效率从15%提升到35%,而直到去年马自达skyacyiv-x出现,才首次将汽油机的热效率最高值提升到了48%,并且这款发动机并没有在国内上市也是因为其高昂的成本,在欧洲搭载该发动机的马自达3轿车低配版本11月份的报价在25WRMB(含税),如果在国内上市非常不现实。扯远了,下面说一说为何马自达配了“机械增压”?自吸发动机的前景。
1.为何新一代马自达配置了“机械增压”
新一代skyactiv-x确实配置了一个小型的机械增压器,这在2017年法兰克福车展的介绍中就已经说明了。为了真正的全面提高热效率降低油耗,马自达采用了SPCCI技术(火花塞式压燃),但汽油压燃的难点在于控制爆震和压燃极限的把握。在控制爆震上马自达通过第一代skyactiv-G已经做得很好了,现在难点在于掌握压燃临界点。
因为自然吸气发动机在低速低负荷时今日压力小,如果换成汽油后非常难以压燃,所以马自达采用了机械增压来提高低负荷区域的进气压力从而达到提高实际压缩比的目的。
另外马自达还使用火花塞辅助引燃缸内混合气体,保证压燃成功率。
2.自然吸气发动机前景
其实因为新的排放标准和车企油耗标准,以及大家不熟悉的“车企积分政策”(简单来说就是车企生产一辆自然吸气的车大概率是得负分,新能源车得正分),家用车领域的自然吸气肯定会逐步减少,以后更多的自然吸气发动机只会保留在单车利润足够高的车型上,比如陆巡等。
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压燃和增压是两个概念,不过感觉大概率不会引入中国,毕竟压燃对油品有要求,引入2.5t涡轮说实话倒是有可能,不过2.5自吸加上自家6at短时间内基本不会淘汰
说明马自达要改变音大劲少典型代表这种状况!二代创驰蓝天向着劲大音更高的目标前进!压燃需要更高的压缩比,再加上阿特金森循环的超大膨胀比,那噪声会响彻整个街区!转速区域也和柴油机差不多了!
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