提到馬自達汽車總會聯想到一種特殊的技術和一種特殊的機型,分別為:
- 均質壓燃
- 轉子發動機
壓燃技術早早地應用於柴油發動機,依靠超大壓縮比透過壓縮空氣實現足以引燃柴油的高溫,以特殊的點火角度實現更充分的熱能利用,說白了就是能實現大一些的扭矩;這種技術也可以應用於汽油機,只是壓燃點技術還是會有強一些的振動和噪音,不過馬自達的均質壓燃配合點火技術倒是有不錯的NVH表現,只是真的有什麼意義嗎?
柴油機使用壓燃技術的同時還要依靠渦輪增壓,對於內燃機而言只有提高進氣量和進氣氧濃度才能有效提升燃燒效率;增壓技術能有效提高進氣氧濃度,相比單純的壓燃可以倍數級提高效能並降低油耗。所以單純依靠均質壓燃的馬自達發動機實際很一般,和一般的自然吸氣發動機相比並沒有質的提升;那麼關注點還是要放在轉子發動機上,這種發動機有前景嗎?參考下圖。
這是轉子發動機的結構,與活塞往復迴圈式發動機不同,這種轉子機的燃燒室非常特殊;在一個腔體內透過轉子的轉動完成“進壓爆排”的動作,連貫性要比多缸的L型或V型發動機更理想,因為可以透過轉子本身的慣性力來輔助運轉。同時轉子在運轉中能同時完成進氣、壓縮、做功和排氣的動作,轉子旋轉一週就能做功三次,這樣的設計對於升功率和升扭矩會有很大的提升,不像L型發動機存在只能損耗動力的、無意義的直線往復運動。
但是為什麼轉子發動機沒有得到認可呢?看一看轉子機的動態執行演示吧。
【磨損】是三角轉子最大的問題,沒有什麼材料可以扛得住這麼磨,尤其是用於密封的材料扛不住這樣的高強度和超高頻率的磨損;所以轉子發動機的使用壽命是非常短的,無法控制用車成本和可靠性的發動機必然會被淘汰,而活塞往復迴圈式的內燃機就沒有這麼突出的磨損問題。
不過這還不是最重要的問題,核心因素在於轉子發動機的扭矩很小,這種結構即便可以實現足夠大的進氣噴油量,但過大的扭矩會進一步影響發動機的使用壽命;所以轉子機的特點是扭矩相當小,實現高效能依靠的是高轉速!——最高轉速可以超過8000rpm(轉/每分鐘),足夠高的轉速能讓不足1.5L排量的發動機實現3.0L-V6的高功率,也就是達到160-170kw,但是油耗也沒低哪去。
轉速×扭矩÷9549×1.36=馬力,高轉速和大扭矩都能實現大馬力(高效能);但是轉速越高油耗也會越高,尤其是轉子機的噴油頻率還不一樣。所以這種高轉發動機不會得到認可,即便不討論其轉子使用壽命的問題答案也一樣;因為節油減排才是內燃機技術的研發方向,想要實現節油就只有一種方式,那就是控制轉速並提升扭矩。
曾經的柴油機比汽油機省油,原因主要是轉速的限制和扭矩的優勢;比如汽油車的轉速可以拉昇到6500-7000rpm區間,但是一般的柴油機的最高轉速只是4000轉左右,急加速時的柴油機每分鐘的噴油次數要比汽油機減少1250-1500次,油耗自然會更低一些;其次使用高壓直噴和壓燃技術可以有效提升扭矩,有了大扭矩就不用再依靠高轉速拉昇功率馬力,這也是節油的方式之一。轉子機做不到以“低轉速大扭矩”實現大馬力,那麼被淘汰也就不足為奇了。
重點:沒有理由再追求轉子發動機,因為有了一種兼顧大扭矩和高轉速的發動機!
在相當的技術水平下,柴油機可以實現更大的扭矩,比如π2.0T有500N·m;但是因轉速必須限制,所以最大功率只有160kw;優秀的汽油機(2.0T)充其量400N·m,但是極限轉速相對高則功率可以達到200kw——轉子機只能實現高轉速和大馬力,油耗又是個大問題。那麼有沒有一種發動機能兼顧大扭矩和低轉速實現大馬力,在需要超大馬力時又能以高轉速實現呢?在內燃機中是找不到的,但是電機做到了。
電機轉化動力的原理很簡單,以永磁同步電機為參考,電流作用於繞組形成磁場,磁場與永磁體磁極互斥即可推動轉子運轉;那麼只要在起步瞬間讓電機輸出最強的電流,電機瞬間就能爆發最大扭矩,這是任何型別的內燃機都做不到的,轉子機的差距就更大了。
圖1:電機動力曲線
圖2:永磁同步電機結構
電機是一種沒有磨損問題的發動機,因其定子和轉子沒有物理接觸;沒有磨損自然可以以超高轉速執行,很多汽車愛好者喜歡轉子機正是因為高轉速能實現高功率,但是電機可以輕鬆達到15000rpm,有些電機可以達到18000rpm,轉子機能做到嗎?
所以電機可以輕鬆實現超高功率和超大扭矩兼備,且最大扭矩可以瞬間爆發;至此不論轉子機還是普通活塞式內燃機都沒有了意義,只待動力電池製造成本逐步下探,能打造出≤15萬區間的增程電動汽車,燃油車也就是失去意義了。高效能車自然也是以電驅或插電混動為主,目前20-30萬區間的新能源汽車可以輕鬆實現百萬級車的效能,還需要什麼轉子發動機呢?馬自達寄希望於這種發動機,最終只能是水月鏡花。
編輯:天和Auto-汽車科學島
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