关于日产VC TURBO和马自达SKYACTIV-X发动机对比的事情,偶来从理论上分析一下。
一、日产VC TURBO和马自达SKYACTIV-X的技术方案简介
1、日产2.0T VC TURBO发动机的可变压缩比技术
日产2.0T VC TURBO发动机2018年上市,是世界上第一款正式量产的可变压缩比发动机。VC TURBO技术的核心是方案是采用改变连杆和曲轴的连接方式来实现连续可变压缩比,压缩比可以在8-14之间连续调整。
此方案可以在高速大负荷的时候采用低压缩比来降低爆震特性,或者更高的性能。在低转速低负荷的日常使用工况可以采用高压缩比来实现更高的热效率。
日产VC Turbo发动机除了核心的可变压缩比技术以外,其他方面也采用了很多当前最先进的技术,比如:双喷射系统,进气电动VVT,集成式排气管,可变机油泵等,具体见下图:
2、马自达2.0L SKYACTIV-X 压燃式汽油机技术
1.技术背景
马自达第二代创驰蓝天 SKYACTIV-X 压燃式汽油机于2019年正式在欧洲上市,这是世界上第一款量产的压燃汽油机。 SKYACTIV-X 引入了火花塞控制压燃SPCCI的概念,可以在压燃和普通点燃之间切换。这一技术结合柴油机和汽油机的优势,压缩比18,热效率可以达到创记录的50%的水平。
马自达 SKYACTIV-X 发动机围绕核心的SPCCI压燃,采用了一系列创新的基础方案,主要包括以下核心技术:超高压燃油喷射系统(1000bar),电动进气VVT,冷却EGR废气再循环技术,高响应空气供给装置(机械增压器),24V BSG皮带驱动的轻混动技术等。
这里需要重点说明的有两点:
(1)马自达压燃发动机只是在中低转速和负荷下使用压燃,仍然保留了火花塞,在中等负荷下的压燃需要火花塞辅助。在高转速大负荷下会切换成普通的点燃式发动机的工作模式。马自达称这种带有火花塞的压燃汽油机技术为SPCCI火花塞控制压燃,这种在传统取消火花塞的均质压燃HCCI技术上的改进使压燃汽油机具备量产的可能。
(2) 机械增压,不过马自达这个机械增压器主要不是为了提升性能,只是SPCCI燃烧系统高响应进气控制的一部分。通过机械增压器实现稀薄燃烧所需要的空气量。
二、发动性能比较
从性能上简单比较的话,很明显可以看出来日产VC turbo更强。
日产2.0T VC turbo采用涡轮增压直喷技术,由于可变压缩比可以在高转速大负荷情况下降低压缩比来避免爆震,因此,功率扭矩都非常高,额定功率200kW(高性能版本),峰值扭矩能够达到390Nm,即使和其他2.0T发动机相比性能也是相当强悍的了,基本和日产3.5 V6自然吸气发动机的性能相当。
马自达的SKYACTIV-X 压燃式汽油机虽然有机械增压器可以带来比自然吸气更好的性能,但是其主要不是为了提升性能,因此性能无法和2.0T涡轮增压发动机相比,额定功率功率只有132kW,峰值扭矩能够达到224Nm。这个性能基本和马自达2.5L自然吸气发动机的性能相当。
三、节油效果
节油效果不但和发动机有关还和整个动力总成和整车的匹配有很大的关系,由于这两个发动机的性能和车型定位都不同,这里可以直接从发动机的最高热效率做一个简单的比较。内燃机的热效率理论上取决于压缩比和比热比两个参数,下面从两家公布的信息来分析一下,来看看谁的热效率更高。
日产VC Turbo虽然有可变压缩比技术,但是其基本原理还是涡轮增压直喷+奥托循环的传统燃烧原理下工作的,其主要提高热效率的技术是在低负荷区域增加压缩比(14:1)来挖掘效率提升的潜力。因此,热效率虽然比传统发动机有明显提升但算不上颠覆性的,日产自己公布的数据显示VC Turbo发动机的最高热效率在39%左右。
马自达SKYACTIV-X 压燃式汽油机通过超高压缩比(18:1)和稀薄燃烧技术相结合,同时改变压缩比和比热比(稀薄燃烧可以提升比热比),完全颠覆了原来汽油机奥托循环的效率限制,马自达宣称其最高热效率可以达到50%。从这方面看马自达SKYACTIV-X 压燃式汽油机完胜。
四、耐用性比较
日本汽车公司的发动机整理耐用性都是非常好的,而且这两个发动机都刚刚上市不算太久(马自达SKYACTIV-X 压燃式汽油机目前仅在欧洲上市,国内预计2020年下半年上市),因此实在很难通过用户反馈的信息来推断其耐用性究竟如何。由于这两个发动机都是采用了目前内燃机行业最具创新性的技术,而且都是仅此一家别无分号的技术,因此这里偶只能试着从技术角度分析一下耐用性方面的风险,供大家参考。
日产2.0T VC Turbo最核心的技术是可变压缩比技术,但是其燃烧系统的原理还是涡轮增压直喷(双喷射)+奥托循环的传统燃烧原理,只是压缩比通过复杂机械结构能够实现连续调节。从这方面看,日产这台2.0T VC Turbo耐用性的核心就是这个可变压缩比的机械结构和控制系统是否稳定。日产据说花了20年时间来开发和优化这一系统,才实现量产,因此,估计应该风险不大。
马自达SKYACTIV-X 压燃式汽油机和日产VC TURBO相比采用了更多颠覆性的新技术,比如:火花塞控制压燃SPCCI燃烧系统和稀薄燃烧的结合,机械增压器来实现稀薄燃烧的空气控制,1000bar的超高压燃油喷射系统这些技术在业内都是从来没有被采用过的技术,甚至一些方案都没有被广泛研究过。同时还要搭配电动VVT、EGR废气再循环系统、24V轻混动技术。这一系列先进技术的加入使得马自达这台只发动机技术达到了前所未有的复杂程度,这些技术的稳定性需要时间来验证。
另外,马自达SKYACTIV-X 压燃式汽油机为了避免稀薄燃烧情况下NOX氮氧化物排放,需要将空燃比控制在非常精确的位置,尤其是在发动机大负荷区域,这样才能避开爆震和失火的风险,实现高效率低排放的燃烧效果。这中燃烧过程的精确控制对油品的要求会比较高,由于市场这对于实际使用过程中的耐用性提出了挑战。
总结一下:
从节油性上看马自达的SKYACTIV-X 压燃式汽油机重新定义了一种燃烧方式,其SPCCI压燃和稀薄燃烧的概念完全是为了提升发动机效率而开发的,在效率方面马自达SKYACTIV-X 压燃式汽油机的50%热效率处于全球领先的状态,因此单纯从发动机的效率开看节油率的话,无疑马自达SKYACTIV-X 压燃式汽油机是完胜的。
但是,从耐用性上看,马自达的SKYACTIV-X 压燃式汽油机引入和黑科技太多,如此复杂的系统其稳定性和可靠性是需要时间来检验的,而且SPCCI压燃技术天生对油品比较敏感,这些挑战对马自达来讲都是实实在在的挑战,这也是马自达为何目前只在欧洲上市了SKYACTIV-X 压燃式汽油机来试水,而在中国和美国以及日本都推迟投放的原因之一。而日产2.0T VC Turbo的创新主要是在可变压缩比的机械结构和控制上,相对复杂程度要低一些。因此,单纯从技术上分析,耐用性方面日产2.0T VC Turbo的风险应该更小。
以上信息供大家参考,欢迎讨论。对汽车和发动机感兴趣的朋友可以关注偶,谢谢支持!
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