强势而来 解读马自达CX-5的全新发动机

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在今年初的上海车展上,我们首次接触了马自达的“创驰蓝天”技术,不过当时仍然处于比较概念性的阶段,留给我的印象也仅仅是高达14的压缩比,充满想象力。

时隔七个月,在今年的广州车展上,马自达将明年就要引入国内的CX-5强势展出,放在了比上市的马自达2厢还要重要的展台中央的位置,足可见马自达对其的重视。这将会国内是第一款搭载“创驰蓝天”技术的车型,而“创驰蓝天”的相关技术,也披露了更多详尽的资料。

传统内燃机的效率分析

一般来说,内燃机在燃料燃烧过程中所产生能量大部分会转换成排气损失、冷却损失、泵送(气)损失、机械损失等四种主要损失而流失,改善内燃机的热效率就是要降低这4种损失。

为了减少这四种损失,能够控制的是压缩比、空燃比、燃烧时间、燃烧时机、泵气损失、机械摩擦等六大因素。事实上,各大厂商的思路都是一致的,只是解决方案倾向不同而已。目前主流的小排量涡轮增压主要的途径就是减少机械摩擦和泵气损失,而马自达的方案不能说不重视摩擦损失,但把提高燃烧效率放在更高的位置。

文章还是围绕着压缩比做

具备内燃机知识的人都知道,提高压缩比,能够大幅提升热效率。近年来汽油发动机的压缩比一般在10~12左右,理论上将压缩比从10提高到15后,热效率能够改善约9%。虽然是这样,此前的汽油发动机并没有大幅提高压缩比,原因之一就是爆震会导致动力输出大幅下降。

爆震是因为混合气还没点火就被高温点着了。马自达提出解决爆震的方法看上去很简单,似乎简单得有点过分了。他们发现气缸的残留气体是导致高温的重要因素,如果将残留气体从8%减半至4%,即使压缩比提高3,爆震也是不会发生的。

一般情况下的排气歧管都比较短,如下图所示,3号缸的排气阀打开后,产生的高压排气压力波会结束排气行程,到达准备进行吸气行程的1号缸。因此,已经被排出的气体又被压回燃烧室内,增大了高温残留排气量。

因此,他们采用的解决方法很简单——延长排气管,如下图。在排气路线较长的4-2-1排气系统中,高压波传到其他缸体需要较长时间。不过据马自达透露,为提高常用区域的扭矩,需要600mm以上的管长,为节省空间,而采用了环状排气管。

排气管的形状和普通发动机有很大不同

此次缩短燃烧时间,相应也缩短混合气形成的时间。具体措施是加强空气流动、提高喷射压力、通过多孔喷油器改善喷雾特性等,从而生成大幅改善的匀质、流动性强的混合气,同时采用设有空腔的活塞,使燃烧初期的火焰接触活塞,防止爆震的产生。

头部设有空腔的活塞

轻量化和减少机械阻力也是必不可少的

轻量化,减少内部摩擦已经是全世界都认可并且是卓有成效的手段,马自达自然也不会视而不见。更轻的零部件、更小的机械阻力意味着发动机更好的响应,这对追求运动感的马自达来说也是至关重要的一环。具体的措施包括这几方面:

活塞&活塞销轻量化(减少20%)

连杆轻量化(减少15%)

减少活塞环张力(减少37%)

曲轴主轴颈小型化(直径减少6%,宽度减少8%)

采用滚轮从动件(节气门摩擦力减少50%以上)

采用电控可变油压小型油泵(燃油泵送时损失减少约45%)

总结:早在上海车展上就已经知道排气技术是实现高压缩比发动机关键的一环,但这次披露的技术原理是如此简单,就连一个刚刚学过初中物理的学生也能明白,倒是始料不及的。当然,这仅仅是原理,排气背压的控制对发动机一直很重要,既要保证足够的背压、还要尽量少的废气残留,还有其他各种各样的问题,因此我们还会对这项突破性的技术给予持续的关注。

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