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马自达最新的压燃2.0比丰田最新的2.0到底强在哪里?

2023-03-11 21:10| 来源: 网络整理| 查看: 265

因为题主你可能对发动机的进化和提升要求看的太高了。先说结论,马自达代号HF2.0L压燃发动机技术水平基本算是自然吸气的天花板了,同时,丰田的M20C发动机也是自然吸气发动机顶级技术了。目前来说,M20C和HF2.0发动机其实总体来说差不多的,但是,马自达的HF2.0发动机还有巨大的潜力发展,而MC20C现有的技术再升级就很难了。

先上两台发动机的参数

马自达HF 2.0L 180Ps 132Kw 230Nm 6000rpm最高扭矩 5.2L工信部油耗

丰田M20C 2.0L 178Ps 131Kw 210Nm 6600rpm最高扭矩 5.8L工信部油耗

参数方面两台车基本相差不大,马自达的优势并不明显,油耗方面因为2.0L的马自达是轻混暂时不做比较。接下来是发动机一些技术,看一下两款车采用的是哪一种。

供油方式

马自达是缸内直喷 丰田是混合喷射,按照一般技术理论来说,混合喷射是要优于缸内直喷和多点电喷技术的,因为普通缸内直喷压力250-350Bar但是马自达的缸内直喷采用的是700bar、十个喷油孔,相比起传统发动机350bar的六孔喷油器更为严谨。通过超高压和多孔喷油,能够均匀雾化汽油,让缸内的油气充分混合,达到一个理想状态。这个方面其实是马自达走在了前面。

压缩比

马自达是15:1,丰田13:1,压缩比理论上越大,燃油效率越充分,大部分发动机还是10.5:1这方面没得讲,丰田和马自达都走在普通发动机前面,因为压缩比越高,发动机的爆震越难抑制。所以从技术层面来说,马自达确实厉害。

点燃方式

丰田是火花塞点火,马自达是SPCCI火花塞控制点火,这儿可能很多人有点懵,因为压燃发动机是没有火花塞的啊,为什么马自达还是用火花塞来点火了。相较于普通发动机做工行程,活塞达到上止点,然后火花塞点火爆炸推动活塞做功不同的地方,马自达是通过压缩缸内行程,在达到极限状态下,通过传感器来检测缸内压力,通过火花塞点火来控制缸内压力,说白了就是,马自达的火花塞主要作用不是用来点火做工的,是用来平衡缸内压力。我们知道温度升降会造成热胀冷缩现象,影响气缸内的压力,而汽油的不稳定性远远超过柴油,所以为了能让气缸内的压力达到一个恒定的平衡,避免汽油提前爆燃,保持最佳燃烧。第一是SI(火花塞点燃)发动机需要装备火花塞并由火花塞来点燃发动机,而CI(压燃)发动机则是直接通过高压来实现燃料点火。

第二点则是特别重要的地方,普通火花塞点火发动机的火焰是从火花塞点燃的地方开始,传播到气缸内其他地方,压燃发动机则是在压到高温之后,气缸内的温度上升,达到汽油着火点,然后所有的汽油一起燃烧,这样就大大加快了燃料燃烧的速度。

第三点则是很多传统普通火花塞点火发动机都会维持14.7:1的理论空燃比,而压燃发动机空燃比则达到了非常稀薄的程度,根据马自达自己的描述,这种程度大约是理论空燃比的两倍,这种空燃比是无法实现火花塞点火的。

了解了普通火花塞点火和压燃的差异,我们就需要了解为什么我们要使用压燃。首要原因在上面一段的第二条已经说明了,提升热效率的一个重要方式就是稀薄燃烧,但是过于稀薄的油气混合物则无法通过火花塞点燃。而让整个油气混合物一起被压缩到足够的温度,那么就成了一个好办法。实际上这里还需要指出一个事实,就是当前很多直喷发动机都实现了稀薄燃烧,但是这种直喷的方式是先喷出较少的汽油,雾化后得到稀薄的油气混合物,然后再喷出一团的汽油,在第二团汽油来不及完全混合空气之前火花塞就通过点燃第二次喷出汽油实现稀薄油气混合物的点火。但是这个方式缺点之一就是颗粒物和氮氧化物排放过高,同时第二次喷出的汽油未得到充分混合,燃烧也是存在浪费的。

第二个促使我们要采用压燃发动机的原因则是燃烧速度,普通火花塞点火发动机在点燃之后火焰从火花塞处传播到气缸各个角落,这一过程是需要时间的,这个时间里活塞正在向下移动,因此火焰爆发的力量就会部分的传递到气缸壁上。但是压燃发动机由于是所有的汽油一起被压燃,因此燃烧速度快,燃烧产生的能量能在更短的时间内传递给活塞,这样就相当于更高效率的利用了燃料燃烧产生的能力。看下面这个图就可以很形象的想象出来,普通火花塞点火发动机的燃料燃烧时候活塞已经向下走了一段了,这时候不可避免热烈会从气缸壁上散发。而压燃点火发动机则快的多。

但是,压燃发动机最大的问题是不可控因素太多了,大部分车企的解决的方法,就是停止研发,而马自达头铁,通过火花塞的“可控压燃”技术,就是保留并利用火花塞,注意火花塞在这里不是起点火作用的。

接下来到了最关键的细节部分。

我们知道火花塞产生火花的时候,是产生了一个高温的电弧,这个电弧就像一个火球,它是有温度和压力的。而在普通火花塞点火发动机的活塞压缩到顶点然后即将开始向下进入做功冲程的时候,火花塞开始工作了。

这个时候的火花塞发出的电弧,就像一个从上方向下的做工活塞一样,在真正的活塞还来不及开始向下走,同时气缸内油气混合物由于过于稀薄没有被压燃的时候,给整个气缸内加了一把压力,于是一下子突破了压燃所需要的临界点,把整个气缸内的油气混合物给点燃了,于是马自达把这种技术叫做SPCCI(火花塞控制的压燃)。核心就是控制,而SPCCI其中的C是控制的意思。

不过这里火花塞起的不是点燃的效果,而是为了增加气缸内的压力。这和普通火花塞点火的最大区别在于实现的燃烧是从火花塞处开始通过火焰传播开,马自达是整个气缸内一起开始燃烧。

说到燃烧技术,压燃带来的直接好处是能够实现超高的空燃比,达到稀薄燃烧,喷入更少的燃油就能让发动机运转起来。HCCI技术打破了曾经被认为金科玉律的“黄金空燃比”14.7:1(空燃比是指气缸内泵入空气和燃油的比值),以马自达为例,其表示新一代创驰蓝天发动机能够达到36.8:1。

Rich mixture 燃油浪费 14.7

讲了这么多,马自达的SKYACTIV-X HF2.0L压燃发动机技术层面可以说非常厉害的,高压缩比,抗爆震,压缩燃烧,稀薄燃烧,均匀雾化,这些方面在普通内燃发动机上面任何一个都是很头疼的问题,而马自达头铁那么多年终于是解决了,至于动力参数和燃油经济性,相较于普通发动机都是质的飞跃。而M20C这个发动机搭载的混合喷射,VVT-iE,本身技术已经是传统火花塞点火发动机的巅峰了,而SKYACTIV-X HF2.0L更是在发动机领域往前再走了一步,毕竟这一代的发动机应该还不是完全体,后续一些硬件技术的匹配和技术的实现,是要比火花塞点火发动机的上限更高一些。

这是另外一个回答,喜欢的朋友可以点进去看一下。

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