排氣系統(tǒng)成關(guān)鍵 馬自達(dá)CX-5的全新發(fā)動(dòng)機(jī)

　　在今年初的上海車展上，我們首次接觸了馬自達(dá)的“創(chuàng)馳藍(lán)天”技術(shù)，不過(guò)當(dāng)時(shí)仍然處于比較概念性的階段，留給我的印象也僅僅是高達(dá)14的壓縮比，充滿想象力。具體介紹請(qǐng)查看上海車展的報(bào)道《充滿想象 馬自達(dá)未來(lái)的動(dòng)力總成技術(shù)》。

　　時(shí)隔七個(gè)月，在今年的廣州車展上，馬自達(dá)將明年就要引入國(guó)內(nèi)的CX-5強(qiáng)勢(shì)展出， 放在了比上市的馬自達(dá)2廂還要重要的展臺(tái)中央的位置，足可見馬自達(dá)對(duì)其的重視。這將會(huì)國(guó)內(nèi)是第一款搭載“創(chuàng)馳藍(lán)天”技術(shù)的車型，而“創(chuàng)馳藍(lán)天”的相關(guān)技術(shù)，也披露了更多詳盡的資料。

　　傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的效率分析

　　一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)燃機(jī)在燃料燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生能量大部分會(huì)轉(zhuǎn)換成排氣損失、冷卻損失、泵送(氣)損失、機(jī)械損失等四種主要損失而流失，改善內(nèi)燃機(jī)的熱效率就是要降低這4種損失。

　　為了減少這四種損失，能夠控制的是壓縮比、空燃比、燃燒時(shí)間、燃燒時(shí)機(jī)、泵氣損失、機(jī)械摩擦等六大因素。事實(shí)上，各大廠商的思路都是一致的，只是解決方案傾向不同而已。目前主流的小排量渦輪增壓主要的途徑就是減少機(jī)械摩擦和泵氣損失，而馬自達(dá)的方案不能說(shuō)不重視摩擦損失，但把提高燃燒效率放在更高的位置。

　　文章還是圍繞著壓縮比做

　　具備內(nèi)燃機(jī)知識(shí)的人都知道，提高壓縮比，能夠大幅提升熱效率。近年來(lái)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比一般在10～12左右，理論上將壓縮比從10提高到15后，熱效率能夠改善約9%。雖然是這樣，此前的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)并沒有大幅提高壓縮比，原因之一就是爆震會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力輸出大幅下降。

　　爆震是因?yàn)榛旌蠚膺�沒點(diǎn)火就被高溫點(diǎn)著了。馬自達(dá)提出解決爆震的方法看上去很簡(jiǎn)單，似乎簡(jiǎn)單得有點(diǎn)過(guò)分了。他們發(fā)現(xiàn)氣缸的殘留氣體是導(dǎo)致高溫的重要因素，如果將殘留氣體從8%減半至4%，即使壓縮比提高3，爆震也是不會(huì)發(fā)生的。

　　解決殘留氣體的好辦法是延長(zhǎng)排氣管

　　一般情況下的排氣歧管都比較短，如下圖所示，3號(hào)缸的排氣閥打開后，產(chǎn)生的高壓排氣壓力波會(huì)結(jié)束排氣行程，到達(dá)準(zhǔn)備進(jìn)行吸氣行程的1號(hào)缸。因此，已經(jīng)被排出的氣體又被壓回燃燒室內(nèi)，增大了高溫殘留排氣量。

　　因此，他們采用的解決方法很簡(jiǎn)單——延長(zhǎng)排氣管，如下圖。在排氣路線較長(zhǎng)的4-2-1 排氣系統(tǒng)中，高壓波傳到其他缸體需要較長(zhǎng)時(shí)間。不過(guò)據(jù)馬自達(dá)透露，為提高常用區(qū)域的扭矩，需要600mm以上的管長(zhǎng)，為節(jié)省空間，而采用了環(huán)狀排氣管。

排氣管的形狀和普通發(fā)動(dòng)機(jī)有很大不同

　　此次縮短燃燒時(shí)間，相應(yīng)也縮短混合氣形成的時(shí)間。具體措施是加強(qiáng)空氣流動(dòng)、提高噴射壓力、通過(guò)多孔噴油器改善噴霧特性等，從而生成大幅改善的勻質(zhì)、流動(dòng)性強(qiáng)的混合氣，同時(shí)采用設(shè)有空腔的活塞，使燃燒初期的火焰接觸活塞，防止爆震的產(chǎn)生。

頭部設(shè)有空腔的活塞

　　輕量化和減少機(jī)械阻力也是必不可少的

　　輕量化，減少內(nèi)部摩擦已經(jīng)是全世界都認(rèn)可并且是卓有成效的手段，馬自達(dá)自然也不會(huì)視而不見。更輕的零部件、更小的機(jī)械阻力意味著發(fā)動(dòng)機(jī)更好的響應(yīng)，這對(duì)追求運(yùn)動(dòng)感的馬自達(dá)來(lái)說(shuō)也是至關(guān)重要的一環(huán)。具體的措施包括這幾方面：

　　活塞&活塞銷輕量化(減少20%)

　　連桿輕量化(減少15%)

　　減少活塞環(huán)張力(減少37%)

　　曲軸主軸頸小型化(直徑減少6%，寬度減少8%)

　　采用滾輪從動(dòng)件(節(jié)氣門摩擦力減少50%以上)

　　采用電控可變油壓小型油泵(燃油泵送時(shí)損失減少約45%)

　　總結(jié)：早在上海車展上就已經(jīng)知道排氣技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵的一環(huán)，但這次披露的技術(shù)原理是如此簡(jiǎn)單，就連一個(gè)剛剛學(xué)過(guò)初中物理的學(xué)生也能明白，倒是始料不及的。當(dāng)然，這僅僅是原理，排氣背壓的控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)一直很重要，既要保證足夠的背壓、還要盡量少的廢氣殘留，還有其他各種各樣的問(wèn)題，因此我們還會(huì)對(duì)這項(xiàng)突破性的技術(shù)給予持續(xù)的關(guān)注。