马自达Skyactiv G创驰蓝天技术
马自达在车迷眼里最为熟知的就是在量产车中应用转子发动机,这种特殊的发动机技术一直沿用至今,直到最近才随着RX-8的停产而从世人眼中消失。但即便转子发动机具有这样或那样的劣势,但这是马自达品牌不可或缺的精神所在,所以转子发动机的消失只是暂时的,它将会随着新一代RX车型的推出而重回市场。但转子技术不在我们今天的讨论范畴内,马自达在普通活塞式发动机领域也有突出表现。近期推出的应用Skyactiv G创驰蓝天理念所研发的汽油发动机就有很多亮点。

马自达没有在现有发动机的基础上进行改良以适应新的排放标准,原因在于欧盟早在签署《京都议定书》时就已经树立了“在2012年将欧盟境内所售新车的二氧化碳排放量降到平均120克/公里以下”的想法。这对于当时二氧化碳排放量在170克/公里的日系车来说是很大的挑战。马自达研发团队当时也没有十足的把握能在2012年达到减排三成的目标。不过,他们所树立的研发方向是不在旧款机型上浪费时间,转而以研发超高压缩比发动机作为目标。

备注:压缩比表示的是发动机燃烧室容积最大时的容量与最小时的容量的比例。当汽缸内上下运动的活塞位于最高的位置时容量最小,相反位于最低位置时容量最大。压缩比越高,向下压动活塞的力越大,效率越高同时提高燃效性能,这样也就可以减少废气中二氧化碳的含量。



马自达在Skyactiv G系列发动机的技术说明文稿中注明了这款发动机具有超高压缩比,在普通汽油机压缩比仅为10左右时,这款发动机的压缩比达到了14。其实提升压缩比在技术上很容易实现,但为什么各厂家普遍都没有采用超高压缩比呢?最主要的原因就是采用高压缩比之后,发动机内活塞压缩冲程上止点附近温度会急剧升高,此时汽油与空气的混合气体在高温高压的双重作用下在正常自动点火之前产生的异常燃烧。这种现象被称为爆震,会大幅降低发动机输出功率。

马自达工程师所做的就是要降低活塞压缩冲程上止点的温度,采用的手段简单来说就是减少残留在燃烧室内的高温气体。减少残留高温气体的方法之一是采用较长的排气路径。马自达选择了4-2-1的排气路径,这种布局方式可以减少残留废气重新被吸入燃烧室。但单纯采用这种方式又会面临新的问题:较长的排气路径使得排出废气需要较长时间才能达到触媒,过低的排气温度不利于激活触媒进行有害气体转化,对于排放没有好处。

延迟点火时间可以提高排气温度,达到激活触媒的目的。不过这样设置会直接导致燃烧不稳定。Skyactiv G是如何做到大幅延迟点火时间也能保证稳定燃烧的呢?工程师在活塞上做了创新性的改良。活塞顶部平面中心被挖了一个凹陷的圆孔,优化了燃油喷射状态,使得燃油与空气的混合气体在火花塞附近以层叠装方式形成,帮助实现稳定燃烧。
