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“玩火”到极致的马自达:新一代创驰蓝天技术带来的四个思考

2018-05-22 07:53 来源: 车云网

文前提要:本文涉及到部分技术介绍,如果觉得此部分枯燥难懂,技术部分只看粗体字就好。

造一部好的发动机,就等同于把 " 玩火 " 的技术练到炉火纯青,因为通俗的说,好的经典发动机都有一个共性——热效率高。

但想做到热效率高,意味着必须研究明白燃料在发动机气缸内燃烧的实质——将化学能转化成机械能的全过程(这个过程轻易不可见,所以问题就难在这里);并在此基础上,设计出更高效的燃料工作方式,从而一步步提升发动机的工作效率。

“玩火”到极致的马自达:新一代创驰蓝天技术带来的四个思考

在这条道路上,本田算是公认的发动机设计和制造专家,其推出的发动机可以充分证明这一点(虽然最近闹出个不大不小的败笔);但丰田在这方面也不弱,毕竟新凯美瑞混动版上搭载的那台自然吸气发动机,热效率甚至达到了业界惊叹的 41%。

可对于马自达来说,这个曾经玩转转子发动机的小厂(相对的 " 小 "),并没有把 41% 当做最终目标。

“玩火”到极致的马自达:新一代创驰蓝天技术带来的四个思考

数日前,在马自达举行的 "Zoom-Zoom 可持续发展战略 2030 说明会 " 上,其推出的 "SKYACTIV-X(创驰蓝天 -X)" 发动机技术,据称热效率甚至可以达到 50%。要知道,这是在未对发动机进行增压的前提下达到的,且该热效率值,从整个能源循环结构角度考虑,已经可以媲美很多电动车了。

如何把 " 火 " 玩到极致?

SKYACTIV,并不是马自达今年首发的技术,早在 2013 年 6 月,搭载 "SKYACTIV" 技术的 "Mazda Atenza" 就被引入了国内,同月,长安福特马自达发动机有限公司开始国产 "SKYACTIV" 发动机,并于同年 8 月将国产发动机付诸于 "Mazda CX-5" 投入市场。

此次发布的新一代 "SKYACTIV-X" 发动机技术,相比于前代技术(SKYACTIV-G),最大的优化来自于在超高压缩比基础上应用了全新的燃烧技术(SPCCI,火花塞控制压燃点火),实现了稀薄燃烧工况下发动机稳定、高效工作的目的。

“玩火”到极致的马自达:新一代创驰蓝天技术带来的四个思考

在 "SKYACTIV-G" 技术的第一阶段,马自达致力于研究实现高压缩比;在第二阶段(也就是 SKYACTIV-X),马自达则致力于提高另一个参数 - 比热比,事实上,提高压缩比和比热比,是提高发动机热效率的两个有效理论手段。

根据空燃比公式,将燃烧混合气中的空气比例提高到 2 倍左右,空气过剩系数变大时,即燃料浓度变稀薄时,比热比则变高,此外,当内燃机进行稀薄燃烧时,由于燃烧温度也会相应下降,比热比则会变得更高。

不过,使燃料到达理论空燃比 2 倍左右的稀薄程度,意味着空燃比大约为 30 左右时,如何让燃料在气缸内燃烧(即使火花塞点火成功,但气缸内的燃烧气体范围也很难扩大),就成了一个巨大的难题。为此,柴油发动机的压燃点火技术便进入了工程师的考虑范围。

“玩火”到极致的马自达:新一代创驰蓝天技术带来的四个思考

经过工程师的测试,理论上,在空燃比为 36.8 的条件下,即使火花塞点火技术(SI)无法实现稀薄浓度燃混合气充分燃烧的条件下,通过类似柴油机的压燃点火技术(CI),依然可以实现超级稀薄燃烧技术——但是,这种特殊工况对气缸工况的要求很高。

“玩火”到极致的马自达:新一代创驰蓝天技术带来的四个思考

根据实际实验的数据得知,当进气气门关闭时,燃烧室内的温度对燃烧工况的影影响非常大:当温度最高时,气缸内的燃料可以完全燃烧,但由于燃烧程度过于激烈,燃烧噪音过大,难以应用于实际工况;当温度下降后,燃料的燃烧时间逐渐变长,油耗性很差且燃烧状态不稳定,同样无法在实际中使用。

所以,最终的实验结论是,在压燃点火技术(CI)的工况下,气缸内燃料理想的工作状态,必须满足当进气气门关闭后,燃烧室内温度波动值(偏差值)不可超过 3 ℃。

但考虑到各种不同使用环境,在如此小的温度范围内实现燃烧控制几乎是一项不可完成的任务,即使考虑到可以通过控制进气气门关闭时机来调整缸内气体压缩工况,但由此带来的额外技术难题和成本飙升,也将是不可接受的。

“玩火”到极致的马自达:新一代创驰蓝天技术带来的四个思考

为此,马自达的工程师采用了 SPCCI 技术,即 "Spark Controlled Compression Ignition(火花塞控制压燃点火)" 来解决这个问题。

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