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原创 马自达e-SKYACTIV X发动机技术解析

来源: 作者:26uuu,汽车咖啡馆 人气: 发布时间:2020-09-05
摘要:作为深耕自然吸气领域的汽车品牌,马自达此前发布了全球首款可量产的汽油压燃发动机:e-SKYACTIV X发动机,成功结合了汽油和柴油发动机的优势,兼顾环保和动力表现,受到全球范围内的广泛关注。

出品 | 搜狐汽车·汽车咖啡馆

编辑 | 雷润雨

我们知道,全球新能源汽车的浪潮已不可阻挡,但目前新能源车还难以完全取代燃油车,所以传统燃油车还有很大市场,并且在发动机技术层面也有很多值得继续研究和探索的空间。

而发动机又细分为汽油和柴油发动机两类,两者各自既有优点也有不足,很难做到互补。作为深耕自然吸气领域的汽车品牌,马自达此前发布了全球首款可量产的汽油压燃发动机:e-SKYACTIV X发动机,成功结合了汽油和柴油发动机的优势,兼顾环保和动力表现,受到全球范围内的广泛关注。

目前,e-SKYACTIV X发动机已确定通过长安马自达导入国内,并将搭载于次世代Mazda3(参数|图片)昂克赛拉(参数|图片)和CX-30(参数|图片)两款车型,预计9中下旬上市到店。此前,央视网已经报道了X发动机的先进技术,为了揭开e-SKYACTIV X发动机的神秘面纱,搜狐汽车特邀请国内顶尖行业专家及头部媒体进行研讨。

[01 “求解X·思享会”成行业焦点]

此次,搜狐邀请国内多位顶尖行业专家和头部媒体大咖举办“求解X ·思享会,”旨在解读e-SKYACTIV X发动机所带来的行业价值和意义,在本次思享会上,搜狐汽车事业部总编辑张丽玥担任主持人,在上半场直播中,搜狐网副总编辑、汽车事业部总经理晏成、中国汽车工业协会副秘书长师建华、同济大学汽车学院教授/汽车安全技术研究所所长朱西产、北京大学经济学院副教授、中国市场学会(汽车)营销专家委员会秘书长薛旭,主持人同几位专家从e-SKYACTIV X发动机的研发和量产对内燃机行业的革新的现实意义以及企业对于技术的“深耕”与“探索”的精神。

而在下半场直播中,分别从中国汽车市场特征以及e-SKYACTIV X发动机的市场前景和技术先进性等方面分别和《踢车帮》创始人夏东、《 30秒懂车》总编杨扉以及知乎汽车领域知名作者默默进行探讨,为消费者讲述产品最核心的先进技术以及最真实的体验感受。

之所以邀请多位顶尖行业专家和头部媒体大咖进行解读,目的在于深刻阐述马自达e-SKYACTIV X发动机的技术特点和优势,剖析一款汽油发动机运用何种技术手段实现了多项行业首创,以及从转子发动机到e-SKYACTIV X发动机技术传承和革新的故事。

除此之外更重要的是,通过本次思享会,将为我们解读由此对汽车行业带来的变革,以及对对传统燃油车市场带来的深远影响和重要意义。如何通过一款发动机,实现对地球和全人类的承诺和贡献。

可以说,多位顶尖行业专家和头部媒体大咖通过搜狐汽车举办“求解X·思享会”为契机,向广大消费者全方位展现了马自达e-SKYACTIV X发动机的独特魅力。

接下来,我们就针对此款发动机的亮点一一讲述。

[02 e-SKYACTIV X发动机的研发意义]

从全球汽车市场来看,目前世界汽车市场总体走势平稳,尽管在2019年出现下行压力,也出现了世界汽车销量连续两年下滑的情况,但整体依然保持在9000万辆的水平。而新能源汽车虽然在近几年发展迅速,但2019年全球一共只售出了约220万辆新能源汽车,与总量相比占比很小,大约只有2.5%,中国市场的情况也大致相同。

所以,深耕燃油发动机是非常有意义的一件事,而e-SKYACTIV X发动机也正是在这种背景下应运而生的。

马自达研发压燃发动机的主要目的就是改善内燃机的效率,开发理想的内燃机,在Well-to-Wheel理念下,致力于减少CO2排放,是继SKYACTIV G型发动机之后,马自达推出的更进一步接近于完美内燃机的产物,改进点主要集中在利用比热比的改良来提升热效率上。

而“创驰蓝天”这个词本身就寄托了马自达的美好愿景,通过环保技术守护“永恒的蓝天”,希望广大用户享受美好的环境,和享受由马自达技术带来的驾乘愉悦,通过这些可以发现马自达是一个自始至终都是在追求节能环保的车企。

[03 SPCCI可同时提高燃油经济性和动力性]

马自达e-SKYACTIV X发动机作为世界首款量产汽油压燃发动机,运用基于HCCI(Homogeneous-Charge-Compression-Ignition)改进而来的SPCCI技术。原本HCCI的工况范围窄,压燃点火控制困难,压燃点火(CI)与火花点火(SI)难以切换,高燃烧压力导致发动机损伤等等,这些都是阻碍量产的重要原因。

马自达在研发SKYACTIV G发动机和SKYACTIV D发动机的过程中积累了相关技术,融合汽油发动机和柴油发动机的优势,将汽油发动机高转速下的行驶舒适性、启动后的空调制暖性及尾气清洁性,与柴油发动机的节油性、高扭矩输出及良好的扭矩响应性完美结合。

1.燃油经济性显着改善

在发动机排量为2.0L的车辆中,e-SKYACTIV X发动机与SKYACTIV G发动机相比,在频繁使用低车速的区域,由于使用超稀薄燃烧,NEDC模式下甚至实现了30%以上的油耗改善。在其中我们不难发现,e-SKYACTIV X发动机的燃油效率甚至等于或超过最新的SKYACTIV D柴油发动机。

2.提高动力性和响应能力

e-SKYACTIV X发动机的排量为2.0L,它比目前的SKYACTIV G发动机至少提升了10%的扭矩,在某些转速下可提高30%。

为了产生良好燃烧所需的均匀混合气体,实现SPCCI燃烧,SKYACTIV D发动机中的低压缩比及多级喷射产生理想混合气体的技术就起到了重要作用。此外,为了使难以自燃点火的汽油能实现压燃点火,燃烧室的温度必须提升得比通常发动机更高,为了解决这一课题,需要SKYACTIV G发动机研发中积累的高压缩比及高温残留气体利用技术,从而控制高压高温易发生的敲缸现象。

[04 SPCCI突破多项技术难点]

要知道HCCI在汽油发动机上很难实现稳定燃烧。因为燃烧的氧化反应过程比较复杂,从氧化反应开始到点燃混合气会有一段从冷焰到热焰的着火延迟,这个着火延时取决于温度、压力和浓度,因为不同的驾驶条件下,压缩冲程中存在的温度和压力的变化,所以HCCI的着火时刻不易控制。

HCCI的难点在于扩大可以实现压燃的范围同时流畅的实现SI(火花塞点火)和HCCI的燃烧切换。换句话说,控制压燃的技术CCI(Controlled Compression Ignition)是对HCCI燃烧控制的突破,而这个技术是马自达独有的。

为了让SI和HCCI点火之间能更好地过渡,马自达引入了火花塞辅助点燃的模式,利用火花塞点火辅助可以提高HCCI的点火能力,更好地控制混合气着火时刻,同时也让气缸内着火有很好的稳定性。这个利用火花塞点火辅助的压燃方式被马自达命名为SPCCI。

为了实现SPCCI,马自达更新了发动机上一些硬件,包括新型活塞头设计和超高压燃油喷射系统,以帮助混合气以及旋涡形状的形成,以及采用了高响应的空气供给装置,可以引入大量空气,同时配合气缸压力传感器等来精确控制发动机。

值得一提的是,e-SKYACTIV X发动机还搭载了24V M HYBRID轻混动力系统,最大限度发挥发动机性能,同时结合高效电动技术,实现了优异的节油性和行驶性能。下面我就具体介绍一下e-SKYACTIV X发动机的部分重要细节。

1.分段燃油喷射

为了防止在压缩稀薄的油气混合气中出现不正常的燃烧,SPCCI采用了分段式燃油喷射系统,其中一小部分燃油在进气过程中喷入,形成低密度稀薄混合气,而更多的另一部分在压缩过程中喷入。这不仅让SPCCI更好实现点火,还有效控制了混合气的异常燃烧。

2.超高压燃油喷射系统

为了尽可能地缩短压缩冲程的时间以及使压燃点火更加高效,燃料快速的雾化以及油气混合气更快地形成非常重要。于是马自达采用了超高压的喷油系统,喷油油压达到70Mpa,这能够使得汽油瞬间雾化,同时产生强大的湍流,大大提升点火稳定性和燃烧速度。

3.采用缸内压力传感器

除了采用上文所说的防止不正常燃烧的技术外,e-SKYACTIV X发动机还采用了缸内传感器作为监测控制,将其与目标配置文件进行比较,通过不断观察喷射、点火等数据,发现喷油、点火等是否给预期结果带来了适当的燃烧,并对任何偏差进行实时补偿,确保持续优化燃烧。

[05 采用马自达独有的NVH降噪技术]

通过刚才我们的分析可以得知,相对于常规的SI燃烧,SPCCI燃烧更加急速而且瞬间压力非常高,这样高的燃烧压力会导致高频率的燃烧震动并且还会释放燃烧噪音。

为了解决这个问题,从SPCCI燃烧控制、隔音、阻碍噪音震动传达到车内等方面都进行了改良设计,实现了跟普通车辆同等程度的车内噪音水准。

为了达到这一目标,马自达采用了最新的“发动机舱吸音技术”,即对发动机本身用吸音隔音材料进行覆盖,这是最简单有效的方法。根据研究结果,首先在发动机上面覆盖一张玻璃纤维制成(附吸音材料)的罩子,然后在下面和背面设置了贴合发动机形状的聚氨酯材料制成的罩子。前面的噪音不易传递至乘员,利用风门来隔断噪音。通过这样的发动机舱构造来隔断声音共振及传递,以及对发动机本身采取的措施,实现了超越SKYACTIV G发动机的静谧性。目前采用这一技术的只有欧洲少数高级车厂商,日本国内尚无厂商采用,这是马自达独有的NVH降噪技术。

[06 24V轻混 M HYBRID]

为了追求节油性和行驶乐趣,e-SKYACTIV X发动机搭载了轻度混合动力系统M HYBRID。

这款轻度混合动力系统采用了马自达最新采用ISG技术的M HYBRID技术。 这是一种采用电机和电池的混合动力系统。车辆的主角是 发动机,在发动机追求高效率,最大限度发挥发动机性能的同时结合高效 电动技术,实现了优异的节油性和行驶性能。

M HYBRID是继怠速停止系统i-STOP、减速能量再生系统i- ELOOP之后,作为电动化技术打造的新系统。

[07 技术价值远高于产品价值,再次展现“人马一体”理念]

作为目前市面上没有厂商进行过量产的汽油压燃发动机,这款发动机凝聚了马自达工程师们的匠心精神,以及对新技术的不断探索,也体现出马自达在追求更高热效率的理想内燃机的道路上从未停歇,同时兼顾了汽、柴油发动机的优势,做到了提高燃油经济性和动力性,尤其是将马自达特色的”人马一体”理念更加得以展现,e-SKYACTIV X发动的量产是对地球和人类作出的杰出贡献。

今后,以该2.0排量的引擎为蓝本而研发的多种排量的新引擎也将会陆续发布,并且在全球各地陆续上市。从海外售价上看,搭载e-SKYACTIV X发动机的车型价格相较现款均有4-6万元的上浮,预计引入国内后终端价格也将高于现款车型,正如夏东老师所说,这款发动机已经不仅仅是机械本身了,它更是科技与艺术的完美体现。

[08 “求解X·思享会”引热议,产品有价 精神无价]

求解X·思享会”过后,引发了汽车行业和广大消费者的热议和关注,尤其是同时实现燃油经济性和动力性提高的创举,为节能减排做出了重要贡献。节目播出后,大部分网友留言将目光纷纷聚焦在了即将搭载e-SKYACTIV X发动机的次世代Mazda3昂克赛拉和CX-30两款车型上,期待产品面世。

e-SKYACTIV X发动机这个技术是无价的,产品本身的价值要远高于价格,非常值得期待。

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编辑:鲁友社区小编
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