不用混动也能省油!这就是马自达/日产死磕内燃机的秘密

技术 发布于:2019-11-11 22:26:37

前阵子有小道消息表示,戴姆勒集团将停止研发新一代燃油发动机,转而集中发展电气化动力系统。

发动机技术

为此特斯拉CEO马斯克也趁机暗爽了一把,并在自己的twitter上给戴姆勒点赞。

重磅!戴姆勒停止研发内燃机 全力发展新能源

但开心不过3小时戴姆勒就马上辟谣,指没有作出“退出燃油发动机研发的决定”,并对于“媒体其他猜测不予置评”。

重磅!戴姆勒停止研发内燃机 全力发展新能源

虽然马老板的脸被打得啪啪响,但戴姆勒停止研发新发动机的事也绝非空穴来风,毕竟去年年底,大众集团的负责人就提出过类似“2040年下线最后一台燃油发动机”这样的狠话(当然最后被否认了)。

电动虽好,但毕竟电池技术尚未完全成熟(尤其安全性方面),很多厂商都选择继续钻研内燃机技术,以提高燃油经济性。

至于那些不用混合动力,也能省油的内燃机技术你又听过吗?

「SPCCI」

车型:马自达3

如果你问日系品牌里面谁对内燃机最执着,那我一定会说马自达,毕竟同样为了节能减排,当丰田、本田、日产都推出混动或电动车的时候,你看看马自达还在干嘛:

发动机技术
(红框框里头,直六引擎。。)

但为了应对各国排放法规,马自达还是憋出了大招,把柴油机专属的压燃技术应用到汽油机上面。

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在传统汽油机当中,空气与汽油的混合气体被压缩后,经火花塞点燃爆炸并做工。而柴油因为燃点比汽油低(汽油427℃、柴油220℃),所以无需使用火花塞,直接经活塞压缩后即可爆炸做工,也正因如此,柴油机的压缩比往往比汽油机高得多,热效率也更高。

可能有人会说,提高汽油机压缩比,使混合气体被压缩后的温度也达到汽油的燃点不就能实现压燃了吗?理论上确实可行,但压缩比越高就越容易产生爆燃,从而对发动机造成损害,而且汽油压燃之后的燃烧过程也变得不可控,发动机难以做到平顺、耐用。

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为了解决这个问题,马自达借鉴了HCCI(均质充量压燃)技术,试图让气缸内的混合气体被同时点燃。但完全使用HCCI的话会让气缸和活塞“亚历山大”,而且ECU要做到精确地喷油也相当困难,为此马自达巧妙地加入了火花塞,利用点火引导混合气体达到HCCI的条件。

马自达

加入火花塞的压燃技术,就是马自达SPCCI。

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在马自达Skyactiv-X发动机当中,火花塞会先点燃一部分混合气体,被点燃的气体会形成一个火球并让缸内压力剧增,从而把其他混合气体压燃。

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(不同负载下Skyactiv-X引擎能切换压燃/点燃工作模式)

马自达通过火花塞的引导让压燃变得可控,在低负荷的工况下,缸内采用压燃模式,急加速/高负荷工况下切换为传统的点燃模式,配合特殊的燃烧室形状、喷油嘴/喷油压力、EGR等等,Skyactiv-X引擎有着惊人的48%热效率(丰田那套阿特金森混动引擎才41%),甚至有人推断,这台引擎配合48V轻混技术能比丰田那套油电混动更省。

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「VC-Turbo」

车型:日产天籁、英菲尼迪QX50

说完马自达,再看看日产。在上年6月份,东风英菲尼迪QX50正式上市,这台车最吸引人的地方并不在于更漂亮的外观以及内饰设计,而是那台具备VC-Turbo(可变压缩比)技术的2.0T发动机,当然目前这台发动机也被放在了新一代日产天籁身上。

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至于为什么VC-Turbo那么神?我们先从“压缩比”这个东东聊起。众所周知,压缩比越高,缸内的混合气体燃烧速度就越快,燃烧也能更彻底,但上文也说过高压缩比很容易带来爆震,为了省油伤了发动机就真是得不偿失了,而压缩比越低,发动机就能更轻易压榨出更强的性能,毕竟不易爆震尽情喷油即可~

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省油要高压缩比,性能要低压缩比,看似鱼与熊掌不可兼得的事,很多厂商却通过改变进排气门正时来实现,但这种投机取巧的方式基本只能实现省油,基础排量相同的情况下,采用阿特金森循环的发动机功率都明显偏小。

这么弱鸡的方案显然不能满足日产的胃口,于是乎VC-Turbo就站出来说话了~VC-Turbo技术在活塞连杆与曲轴之间新增了特殊电控回旋结构,来实现大范围、且无级的压缩比调节。

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(VC-Turbo最大范围压缩比)

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这套结构可以让活塞以及曲轴进行整体的上下推移(范围6mm),由此一来压缩比就能实现从8:1到14:1的无级调节(无级是关键)。需要性能的时候8:1,需要省油就14:1。

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(可变压缩比概念)

不过话说回来,可变压缩比的构想早在1998年就被提出来了,但因为控制难度太大(萨博试过移动缸盖位置,丰田试过独立调节每个活塞的连杆),所以将近20年没有规模化量产,直至日产VC-Turbo解决了成本以及耐用性的问题才得以重见天日。

最关键的是这套东东据说在标定时就考虑到用92号汽油的情况(装车后官方推荐加95号),能吃粗粮又能干细活,点赞👍~

「闭缸技术」

车型:福特福克斯、凯迪拉克XT4、奥迪A8L、奔驰G500等等

随着各国排放法规的愈发严苛,大排量自吸发动机逐渐淡出我们的视野,取而代之的是小排量涡轮增压发动机,因此市面上也越来越多三缸1.5T、1.0T车型。

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少一个缸就算了,像福特1.5T、1.0T还支持闭缸,三缸变两缸,汽车秒变摩托。

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不过话说回来闭缸技术并不是什么新鲜玩意,凯迪拉克早在80年代就在自家的L62 V8-6-4发动机上实现了8缸、6缸、4缸自由切换,但受限于落后的控制模块,这套引擎相当不靠谱(据说是闭缸不稳定),所以就没有大力推广。

据资料显示,闭缸技术主要分为两种:1.停油不停气2.停油又停气

1.停油,不停气

这种闭缸技术实现难度是最低的,毕竟进/排气凸轮轴无需改动,只控制喷油嘴不喷油、火花塞不点火即可,早期凯迪拉克就用了这种闭缸方式,但因为气体进入气缸后还是会有一个被压缩的过程,这就消耗了能量,后来大家发现这种闭缸方式省油效果不理想,所以就没用了~

2.停油又停气

为了解决不运作的缸因吸入/压缩气体造成的能量损耗,后期的闭缸技术就在进气机构那里加入了电磁阀,阻断了停油的气缸吸入气体。

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停油又停气这样的方式带来了很好的省油效果。但后来又发现了新的问题,那就是缸体的热量分布不均,停止做工的气缸热量会明显低于继续做工的气缸,发动机长时间处于这种状态会导致缸体变形从而影响寿命,怎么解决呢?目前有两种方案:

(1)独立的冷却循环水路。以平衡发动机不同位置的热量。

(2)把高温废气重新送回到气缸,用来给气缸保温。

个人认为闭缸技术是混动之外最有效的省油手段了~

「燃油双喷射系统」

车型:别克GL6、三菱奕歌、丰田汉兰达等等

SPCCI、VC-Turbo都是马自达、日产的“王牌”,TA们注定只能用在自家车型上,那较为通用的省油技术除了闭缸之外还有啥呢??燃油双喷射系统了解一下~

90年代电喷技术取代化油器成为主流,随后更从单点电喷发展成多点电喷,而随着排放法规越来越严,缸内直喷横空出世。

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缸内直喷通过内置于气缸内的喷油嘴,进一步提高了喷油压力,燃油雾化效果更好,从而提高发动机燃烧效率。但正所谓此事古难全,直喷在低负载、冷车(启动)的时候效果并不好,甚至还容易产生积炭。为了解决这个问题,发动机工程师们就同时用上了电喷、直喷两套系统,“双喷射”由此而生。

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这两套喷油嘴各施其职,低负载/冷车的时候采用歧管喷射,高负载则自动切换到缸内直喷,发动机在不同工况下都能兼顾到动力与油耗。

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另外,双喷射混合使用还能调配出不同浓度的燃油,从而达到分层燃烧的效果。这套技术虽然看起来不像日产VC-Turbo那样惊天地而泣鬼神,但胜在简单实用,目前像通用Ecotec 1.0T/1.3T、三菱1.5T(4B40)、丰田2.0T(8AR-FTS)等涡轮发动机都具备了这套系统。

除了上文提及到的四个新技术之外,还有可变正时/升程、可变进气歧管、可变排量机油泵、阿特金森/奥托循环切换技术等等等等,为了避免篇幅过长就不一一拆开解析了~

「混动来袭,TA们就没有未来了?」

随着电池技术、电控系统的发展,无论是像两田那样的混动还是通用48V弱混,他们在可靠性以及成本控制上都已经十分成熟,因此越来越多新引擎通过“混动化”去提高自身的燃油经济性。

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但这又意味着传统内燃机技术、甚至内燃机“穷途末路”了吗!?显然不是,毕竟谁又能保证未来的卡罗拉双擎不能闭缸呢?

(皆电 黄嘉威;图片来自网络)

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黄瓜

简介:科技男,摄手座。

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