发布时间:2015-12-11 来源:日经技术在线
马自达于2015年12月8日,公布了为2016年春季在北美上市的新款SUV(多功能运动车)“CX-9”开发 2.5L排量增压汽油发动机的目的。与过去配备的3.5L排量V型6缸发动机相比,发动机实现了“小型化”。马自达过去一直对开发小型化发动机持排斥态 度,为什么这次改变了策略了呢?
马自达常务执行董事人见光夫对通过降低排量减少机械损失,利用增压器弥补输出功率下降的小型化发动机,过去一直持否定态度,认为它“模式燃效好,但实际燃 效差”。这是因为增压之后,燃烧压力上升,压缩后的温度也会随之升高,容易发生异常燃烧(爆震),因此必须降低压缩比。“排量降低3成的小型化发动机的压 缩比要降低2~3,排量降低5成的要降低5左右”。
压缩比降低后,发动机在各个行驶区域的热效率都会降低。如果只通过降低发动机的排量实现小型化,在机械损失贡献率较大的轻负载区域,机械损失减少的部分,会大于热效率随压缩比降低的部分。模式燃效试验在轻负载区域行驶的比例大。因此,小型化发动机容易提高模式燃效性能。
而在机械损失贡献率低的高负载区域,燃效性能就会变差。这是因为机械损失降低的部分,无法完全弥补效率随压缩比下降的部分。在实际行驶时,轻负载区域和高 负载区域都会用到。这是马自达认为小型化发动机“实际燃效性能差”的最大原因。对于这种发动机,“硬性提高压缩比虽然能够改善轻负载区域的燃效性能,但高 负载区域的燃效性能会变得更差”(人见)。
而且小型化会增加成本。不仅要增加涡轮增压器、中冷器,还必须提高活塞、连杆和曲轴等的强度。
在马自达看来,小型化发动机存在许多弱点。而这次之所以决定开发,是因为上述这些问题有了解决的眉目。解决的关键在于新开发的增压技术和冷却式EGR(废气再循环)。
利用马自达自主开发的增压技术“动态压力可变涡轮增压系统”(Dynamic Pressure Turbo),可以提高尾气的扫气效果,将压缩比的降幅控制在1.5左右。该技术将排气管分成粗细两条流路,在粗流路上设置了阀门。在低速区域关闭阀门, 提高尾气流速,加速转动涡轮。利用了此时除输送尾气的气缸外,其他气缸“为负压的现象”(人见)。负压能够快速吸出缸内的残余气体,提高扫气效果。缸内的 残余气体减少后,缸内温度降低,可以抑制爆震的发生。在高速区域则打开阀门,像正常的涡轮一样工作。冷却式EGR则是通过将冷却的尾气送回吸气端,降低燃 烧前的缸内温度,从而抑制爆震。还能减少泵气损失。
如果压缩比只降低1.5左右,机械损失随小型化降低的部分,就能抵消燃效性能恶化的部分。因此,马自达采用的发动机,实现了从V型6缸到直列4缸的“小型 化”。因为减少了气缸数量,所以可以大幅降低机械损失。而且,通过把气缸配置从V型改为直列,还能减少吸排气阀和火花塞等的数量,降低成本和重量。