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汽油發動機用壓燃?海外體驗馬自達新一代創馳藍天!

在各大車企都努力研發渦輪增壓、新能源的同時,馬自達仍然在一根筋地研究著自己高壓縮比的自然吸氣發動機,而近期最新一代的創馳藍天也逐漸現出了一些端倪。新一代的產品被稱之為創馳藍天-X,這將會是馬自達在削減整體碳排放道路上的又一個里程碑。

與目前這一代的創馳藍天相比,新技術可以讓發動機的油耗再減少20-30%,而動力則能提升10-20%。這意味著什麼?打個比方,現款2.0L自動擋的馬自達3最大功率和峰值扭矩分別為155馬力和203牛·米,對應的EPA數據為城市工況下百公里油耗約為8.40L,而高速路況下為6.36L。而新的發動機峰值扭矩提升至236牛·米,城市工況下百公里油耗卻只有6.53L,與先前的高速路況已經很接近了,而現在的高速路況更是只有驚人的4.90L!儘管該技術在經過很多年的調教以後,已搭載在了原型車上並上路行駛,但最後它實際的油耗和動力表現如何,我們還要再等一段時間才能得到答案。

這驚人數據背後最大的原因就是馬自達在一台汽油發動機上採用了壓燃的黑科技!正因為對汽油機也採用了壓燃點火,使汽油機也能發揮柴油機的長處。一般的汽油機通過點燃可燃混合氣來實現驅動,而馬自達宣稱,通過壓燃技術,可以使發動機提供更大的扭矩,並減少熱損失及耗油量。

更重要的是,搭載該技術的發動機能在更短時間內輸出更高的動力,因為與點燃混合氣相比,壓燃技術可以使發動機更激烈地輸出動力。馬自達的研發工程師JayChen把這兩個技術形容後者是捅破膨脹的氣球,而前者是單純打開氣嘴讓氣放出來。目前,搭載創馳藍天X技術的原型機是一台2.0L直列四缸機械增壓發動機,配備廢氣冷卻再循環系統以及電控可變氣門正時技術。其壓縮比為16,這樣的數值對於汽油發動機來說幾乎是無敵的存在了。

儘管採用了壓燃,但新的發動機並不是沒有火花塞,而是通過火花塞點火控制壓燃點火工作。壓縮行程中具有很高空燃比的混合氣吸入氣缸內,在特殊設計的活塞上形成渦流,而機械增壓可以在需要除去混合氣時充入額外的空氣。當活塞到達上止點時,混合氣接近其燃點,發動機噴射少量燃料並通過火花塞點燃。爆炸產生推力進一步擠壓其他未能點燃的混合氣使其突破自燃點而開始燃燒,迅速產生動力。

另外,據工程師說,準確控制點火時刻並非易事。為了監控整個過程,安裝在每個氣缸上的壓力感測器向行車電腦反饋氣缸工作狀況。」直到今天我們的發動機壓力感測器才足以靈敏到監控發動機的點火情況」,Chen如是說。

然而,在其他工況下,發動機和其他火花點火發動機一樣工作。通常在高負荷,高轉速等壓燃發動機難以應付的工況下該發動機才會切換到普通點火模式。但是因為火花塞在兩種模式下都在工作,因此工程師稱可以實現兩種模式間的」無縫」切換。

而樣車上的試駕體驗也讓人印象深刻----它動力反應迅速但輸出十分平穩,加速十分輕鬆且線性。在大多數時候,你根本無法感受到它的與眾不同。

當然,這車比現款馬自達3響應更為迅速(特別是在低速工況下)。怠速時,並不像其他直噴汽油車或柴油車一樣存在振動及噪音。而在加速時,與其他2.0L的馬自達汽車無異。

不過,這台發動機也不是盡善盡美,目前未完成的發動機非常容易爆震。爆震通常發生在手動擋汽車升起節流閥時,工程師解釋說,節流閥從開到關的切換過程其實是十分複雜的。而無論是手動擋還是自動擋的汽車,在急加速或高負荷運轉(如爬陡坡)時都會發生爆震現象。

目前,這車仍然處於試驗階段,馬自達承諾這些問題不會出現在量產車上。至於當發動機壓燃點火時發出的爆震聲,作為馬自達車輛動力學工程負責人表示,將會從軟體端防止這一現象的發生。問題在於該發動機中的控制策略相當多,而馬自達的工程師正努力整合這些策略。

「這是調整,」他說,「我們正在處理一個龐大的多變數方程。」原型車也有一些其他升級,並一同成為下一代搭載創馳藍天技術的車的一部分。比如,前懸架襯套經過重新設計,從而讓前輪在受到衝擊時不會前後移動,而減少甩頭也是提升舒適性的一部分。Coleman說:「我們的平衡系統能夠更好地應付這些路況。」座椅被重新設計,能更自然地承托駕駛者的脊椎而減少疲勞感。整個底板都經過了加固,加上特殊的減震部分,進一步吸收振動。

坦率地說,從試駕車上很難感受到這些變化帶來的影響。這輛車的大多感覺和之前開馬自達3掀背版沒有區別:所有的操控都很順暢而且轉向也非常自然。換句話說,新一代的車繼承了現款車的所有優點。

有意思的是,在競爭對手都已使用八、九,甚至十速變速箱的當下,馬自達仍然堅持使用現有的六速變速箱和CVT變速箱。而Coleman表示,一方面是因為SPCC在低負荷運轉時十分高效,以更高轉速運轉時發動機不會降低其燃油經濟性。

另一方面,他也堅信這樣能夠保持原汁原味的駕駛感,並且使車有更好的油門反饋,而不用經常降檔。

除了爆震,另一個挑戰就是NVH。Coleman說:「NVH非常具有挑戰性,我們必須封裝發動機。」當你打開發動機蓋時,能看到發動機周圍有特殊的泡沫以及一個大塑料蓋。而這樣的設計靈感來源於歐洲豪華車企在柴油機上的靜音處理。

此外,全新技術對於發動機內部構件的強度也要求更高,它們需要承受更大的衝擊,所以全新的創馳藍天發動機的內部結構與現款發動機完全不同。而就成本來說,這款發動機僅次於混動系統。

而其重量僅比相同排量的柴油機低一些(高於現款創馳藍天)。前面提到的底盤加固件也進一步增加了重量。儘管馬自達已一如既往地盡量削減了車輛自重。

Coleman說:「我們依然非常重視輕量化,但又不得不妥協於一些實際情況。」創馳藍天X發動機同樣配備了輕混系統,和奧迪A8、道奇1500、吉普牧馬人等相似。除了將會協助發動機啟停系統工作以外,Coleman沒有太多提及這一系統。而這套輕混系統並沒有出現在原型車上,但這對未來的馬自達汽車至關重要。Chen說:「所有的創馳藍天發動機將會搭載這一技術。」

當然,隨著其他車企紛紛公布其新能源戰略,馬自達也調整了自己的戰略布局。按照公司的計劃,公司將在2020年全面部署鋰電池電動車,2021年全面部署插混式汽車。但是,公司同時也堅信,發展發動機技術將同樣有利於電動車的發展。他們認為:若生產混動汽車,最好使用最高效的發動機。因此,創馳藍天x也是馬自達的新能源戰略的重要成果。

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