[汽車之家 發(fā)動(dòng)機(jī)拆解]  曾經(jīng)的馬自達(dá)絕決地依靠轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)闖出了一片天地。在那些無法被遺忘的日子里，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)承載著馬自達(dá)人的夢(mèng)，并在勒芒賽場(chǎng)上取得了驕人的戰(zhàn)績(jī)。然而，隨著時(shí)間流逝，馬自達(dá)的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)輝煌褪去之后，便再也沒能拿出令世人震驚的技術(shù)。就在人們?yōu)橹笸髧@息之時(shí)，馬自達(dá)在2010年展出了創(chuàng)馳藍(lán)天設(shè)計(jì)理念。作為這一理念最重要的一環(huán)——?jiǎng)恿偝?，直至今天仍舊被許多謎團(tuán)包圍。壓縮比究竟是多少？電動(dòng)VVT構(gòu)造如何？獨(dú)特的4-2-1排氣歧管是否會(huì)影響排放？這眾多問題都糾纏著我們的心。今天，我們終于有機(jī)會(huì)撥開這層迷霧！沒錯(cuò)！我們要做的就是拆解一臺(tái)創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)！

● 轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)之王馬自達(dá)的鳳凰涅槃

    馬自達(dá)把各大廠商無情拋棄的壽命極短的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展成為能夠取得勒芒24小時(shí)耐力賽冠軍賽車動(dòng)力之源的這一段歷史，為汽車發(fā)展史添上濃重的一筆。（點(diǎn)擊查看馬自達(dá)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)解讀）

    馬自達(dá)轉(zhuǎn)子之父山本健一以及那47位被稱作是“轉(zhuǎn)子47壯士”的工程師所提出的“技術(shù)永遠(yuǎn)是革新”的口號(hào)也一直是馬自達(dá)所遵循的生存之道。

    就在2012年中，馬自達(dá)公司社長(zhǎng)山內(nèi)孝宣布將終結(jié)RX-8的使命，這也意味著轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間，只會(huì)作為馬自達(dá)的一種精神象征來得以延續(xù)。而在現(xiàn)在這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中，沒有“核心”技術(shù)的車企是難以生存的。所以，全新的創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)挑起了“技術(shù)馬自達(dá)”的大旗，欲延續(xù)轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代的輝煌。

● 我們即將拆解的2.0L創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)

    為了進(jìn)一步了解創(chuàng)馳藍(lán)天的動(dòng)力總成技術(shù)，我們打算拆解一臺(tái)2.0L創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)在長(zhǎng)安馬自達(dá)南京工廠實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)。據(jù)長(zhǎng)安馬自達(dá)工程師介紹，這款發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化率為60%左右。其中，進(jìn)氣門電控可變氣門正時(shí)系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)、高壓燃油噴射系統(tǒng)（油泵、油軌、噴嘴）、缸體、缸蓋、活塞、火花塞等部件暫時(shí)還在使用進(jìn)口件。

● 發(fā)動(dòng)機(jī)“動(dòng)態(tài)壓縮比”解析

    為了便于本文對(duì)創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)的解析，如沒有特別指出的話，我們文中提到的“壓縮比”表示的都是“動(dòng)態(tài)壓縮比”。

    下文在解析奧托循環(huán)和米勒循環(huán)時(shí)，提到了膨脹比，這里我們先來了解一下。發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹比（Expansion Ratio）在數(shù)值上等于幾何壓縮比（由發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的壓縮比），它指的是氣缸最大容積與燃燒室容積的比值。

● 發(fā)動(dòng)機(jī)基本信息

    這款代號(hào)為PE-VPR的2.0L直列四缸自然吸氣缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力參數(shù)雖不突出，動(dòng)力輸出不及1.6L渦輪增壓直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。但在低轉(zhuǎn)速（1500rpm左右）工況區(qū)的燃油消耗率比起同類型的2.0L直噴自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)和小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)都要有一定優(yōu)勢(shì)。

    馬自達(dá)PE-VPR發(fā)動(dòng)機(jī)與排量相當(dāng)，進(jìn)氣/供油形式相同的日產(chǎn)MR20DD發(fā)動(dòng)機(jī)相比，在功率和扭矩輸出上都更勝一籌。而與采用渦輪增壓直噴技術(shù)的福特1.6L EcoBoost及大眾1.4T EA211發(fā)動(dòng)機(jī)相比，馬自達(dá)PE-VPR發(fā)動(dòng)機(jī)在扭矩輸出參數(shù)上呈現(xiàn)劣勢(shì)。

● 剖析創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)13:1超高壓縮比的由來

    歐美廠商大多青睞發(fā)動(dòng)機(jī)小型化（Down Sizing），利用渦輪增壓、直噴技術(shù)，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力增強(qiáng)的同時(shí)擁有更好的油耗表現(xiàn)。對(duì)此，馬自達(dá)中國(guó)技術(shù)中心總負(fù)責(zé)人董事副總裁水野成夫先生認(rèn)為，發(fā)動(dòng)機(jī)的線性動(dòng)力輸出特性是馬自達(dá)一直堅(jiān)持的一種技術(shù)取向，而渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)則難以實(shí)現(xiàn)完美的線性輸出特性，且渦輪增壓技術(shù)并不是一種嶄新的技術(shù)。相比之下，使用95號(hào)汽油實(shí)現(xiàn)14:1（國(guó)內(nèi)調(diào)整為13:1）的超高壓縮比才是真正意義上的創(chuàng)新。

使用普通汽油如何實(shí)現(xiàn)高壓縮比？

    一般說來，壓縮比越高的發(fā)動(dòng)機(jī)就必須使用辛烷值越高（汽油牌號(hào)越高，辛烷值越高）的汽油來避免發(fā)動(dòng)機(jī)爆震現(xiàn)象引起的發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)及動(dòng)力下降。而用國(guó)內(nèi)市面上能買到的92號(hào)、95號(hào)汽油來實(shí)現(xiàn)13:1超高壓縮比看上去似乎有點(diǎn)違背科學(xué)，究竟馬自達(dá)是如何做到的呢？下面我們來為大家詳細(xì)解讀。

    國(guó)產(chǎn)創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的是高負(fù)載工況下，壓縮比為13的奧托循環(huán)；而在部分負(fù)載工況區(qū)采用的是米勒循環(huán)。

    奧托循環(huán)是發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)的一種，為定容加熱的理想熱力循環(huán)，它的一個(gè)顯著特征是壓縮比等于膨脹比。米勒循環(huán)是一種不對(duì)等膨脹/壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)，由于膨脹比大于壓縮比，因此能更好利用燃燒后廢氣仍然存有的高壓，燃油效率比奧托循環(huán)更高。但米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的低扭輸出和高轉(zhuǎn)速爆發(fā)力上不及奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。所以米勒循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)多用于一些混合動(dòng)力車型上，利用電機(jī)彌補(bǔ)這種發(fā)動(dòng)機(jī)特性上的不足，從而使整個(gè)混合動(dòng)力總成運(yùn)轉(zhuǎn)更為平順，動(dòng)力輸出特性更好。

    對(duì)于馬自達(dá)創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)來說，使用普通汽油實(shí)現(xiàn)13:1的超高壓縮比，關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)高負(fù)載區(qū)壓縮比為13的奧托循環(huán)。至于如何實(shí)現(xiàn)，請(qǐng)繼續(xù)往下看。

如何快速精確控制壓縮比：

    既然在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作過程中，實(shí)際壓縮比是不斷變化的，那么，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦如何才能精確控制呢？利用可變氣門正時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣門延遲關(guān)閉可以改變實(shí)際壓縮比，但現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的可變氣門正時(shí)系統(tǒng)是建立在機(jī)油液壓之上的。油壓的建立及穩(wěn)定性受制于油溫以及發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的工況。為了更好的“馴服”高壓縮比這個(gè)猛獸，馬自達(dá)找到了電裝公司，把電動(dòng)氣門相位調(diào)節(jié)器引入。

    這樣，依靠電機(jī)對(duì)氣門相位進(jìn)行控制即可避免液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的弊端，并且對(duì)氣門的角度可做到迅速且穩(wěn)定的控制。

    上圖中這個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣凸輪軸上的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，能夠快速、精確地控制進(jìn)氣凸輪軸的正時(shí)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)模式切換。之所以要采用行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)具有轉(zhuǎn)速高，輸出扭矩相對(duì)較低的特性。如果直接采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪軸的話很可能導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)輸出扭力不足而出現(xiàn)“失步”（驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)信號(hào)但電機(jī)卻沒有轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度）的情況，無法實(shí)現(xiàn)氣門正時(shí)的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。

    采用了這種電機(jī)控制VVT系統(tǒng)后，進(jìn)氣側(cè)VVT機(jī)構(gòu)再也不需要傳統(tǒng)液壓控制VVT系統(tǒng)在缸蓋上設(shè)置的油道，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔。在下文的拆解過程中，我們就能看到這個(gè)控制進(jìn)氣門正時(shí)的步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

● 獨(dú)特的4-2-1排氣歧管

    說完創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)是如何實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)奧托循環(huán)與米勒循環(huán)切換的。下面我們就要研究一下該發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)13:1超高壓縮比時(shí)是如何盡量避免爆震現(xiàn)象發(fā)生的？個(gè)中秘密就在于一種稱為“4-2-1排氣歧管”的零部件。4-2-1排氣歧管在民用汽車上似乎說得不多，但是在改裝車上則是再普通不過的技術(shù)了。最顯著的功效就是抑制排氣干涉，提升氣缸排出廢氣的效率，能增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)扭矩輸出。

    從上圖中可以看到，如果采用4-1排氣歧管的話，在2000-8000rpm的工作范圍內(nèi)，排氣行程相鄰的兩個(gè)氣缸的排氣壓力會(huì)相互干涉，導(dǎo)致廢氣殘留量的增加，氣缸溫度上升，高溫導(dǎo)致混合氣被提前點(diǎn)燃，就產(chǎn)生爆震了。而采用4-2-1排氣歧管后則能避免上述干涉現(xiàn)象，從而緩解了發(fā)動(dòng)機(jī)爆震現(xiàn)象。

    為增強(qiáng)“掃氣”效果，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門重疊角需要足夠大，以排干凈燃燒后的廢氣。但進(jìn)排氣門重疊角增大遇上排氣干涉現(xiàn)象，就不能保證良好的“掃氣”效果了。因?yàn)閬碜云渌麣飧椎呐艢飧邏翰〞?huì)影響相鄰氣缸的排氣節(jié)奏，增大了爆震幾率。上面提到的4-2-1排氣歧管就能很好解決排氣干涉的問題，從而使得用普通汽油實(shí)現(xiàn)13:1超高壓縮比成為可能。

『氣門重疊角就是在排氣行程末尾，進(jìn)排氣門同時(shí)打開的那段時(shí)間，曲軸轉(zhuǎn)過的角度』

    值得注意的是，過去采用歧管噴射的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，如果進(jìn)排氣門重疊角設(shè)置得太大，而配氣相位設(shè)置不合理，便會(huì)導(dǎo)致在“掃氣”過程中含有汽油的新鮮混合氣白白進(jìn)入到排氣歧管，增加了油耗。而馬自達(dá)創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是一款直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，噴油發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮行程。也就是說，排氣行程中用于“掃氣”的是來自于進(jìn)氣門取之不竭的新鮮空氣！所以馬自達(dá)在設(shè)置該發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門重疊角的時(shí)候，只需保證“掃氣的效果”，而無需考慮燃油的浪費(fèi)。

4-2-1排氣歧管的弊端：

    解決了13:1高壓縮比的問題，咱們現(xiàn)在來討論下排放問題。汽車上的三元催化器必須達(dá)到400-800攝氏度才能高效地把汽車尾氣轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無害的氣體。所以如何讓三元催化器快速升溫，降低暖機(jī)工況下的尾氣排放，是所有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)所必須考慮的問題。

    創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在滿足歐VI（國(guó)VI）的排放標(biāo)準(zhǔn)。但該發(fā)動(dòng)機(jī)過長(zhǎng)的排氣歧管必然導(dǎo)致三元催化器溫度提升較慢。工程師通過在冷車怠速階段采用排氣溫度較高的奧托循環(huán)，推遲點(diǎn)火時(shí)間以及提高怠速轉(zhuǎn)速，保證了三元催化器能快速達(dá)到最適工作溫度，減少了排放。很顯然，該發(fā)動(dòng)機(jī)在冷車怠速階段油耗會(huì)相對(duì)較高。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)排放最高能達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)的問題，日本的工程師并未給予確切的回應(yīng)。

    編輯認(rèn)為，鑒于創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)4-2-1排氣歧管相對(duì)較長(zhǎng)的固有特征，像一些新型發(fā)動(dòng)機(jī)那樣采用靠近排氣歧管的三元催化器來提升暖機(jī)工況的排放標(biāo)準(zhǔn)是不可能的了。為進(jìn)一步降低暖機(jī)工況下的HC排放，馬自達(dá)只能尋求新型催化器或其他技術(shù)手段。歐VII排放標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)在2018-2020年間開始強(qiáng)制實(shí)施，馬自達(dá)能拿出什么樣的對(duì)策，我們拭目而待！

● 發(fā)動(dòng)機(jī)拆解

   “光說不練假把式,光練不說傻把式,連說帶練全把式”。前面我們講解了國(guó)產(chǎn)2.0L創(chuàng)馳藍(lán)天汽油機(jī)的13:1高壓縮比是如何實(shí)現(xiàn)的以及4-2-1排氣歧管的作用，下面我們就來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)物進(jìn)行徹底的拆解，進(jìn)一步通過實(shí)物去深入認(rèn)識(shí)這款特別的創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。

拆解4-2-1排氣歧管/進(jìn)氣VVT電機(jī)/高壓汽油泵：

    4-2-1排氣歧管和進(jìn)氣VVT電機(jī)是這款2.0L發(fā)動(dòng)機(jī)最為特別的兩個(gè)部件。在拆解的過程中，我們首先關(guān)注這兩個(gè)部件。

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『創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)視頻解析，3分32秒是排氣干涉解析，4分24秒是掃氣效果解析』

編輯小結(jié)：

    現(xiàn)在市面上，像創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)一樣采用電機(jī)調(diào)節(jié)氣門正時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)依然非常稀罕。用電機(jī)取代傳統(tǒng)的液壓來調(diào)節(jié)氣門正時(shí)的方法可能你我都能想到，但是之所以到近年才實(shí)用化，我認(rèn)為還是步進(jìn)電機(jī)小型化和電子控制技術(shù)共同進(jìn)步的結(jié)果。與氣門正時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)相比，4-2-1排氣歧管對(duì)于實(shí)現(xiàn)13:1超高壓縮比更為重要。因?yàn)榕艢飧缮娆F(xiàn)象是實(shí)現(xiàn)高壓縮比的死敵，而只有4-2-1排氣歧管能解決這個(gè)問題。

拆解噴油嘴/配氣機(jī)構(gòu)：

    我們拆解的這臺(tái)2.0L創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)采用的高壓缸內(nèi)直噴技術(shù)，噴射壓力可高達(dá)206Bar（1Bar約等于0.98665個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）。缸內(nèi)直噴就是將燃油噴嘴安裝于氣缸內(nèi)，直接將燃油高壓噴入氣缸內(nèi)與進(jìn)氣混合，燃油霧化更加細(xì)致，燃燒效率更高。除此以外，這款發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門還采用了電機(jī)控制VVT系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)通過行星齒輪減速增扭后能夠快速精確地調(diào)整進(jìn)氣門正時(shí)，實(shí)現(xiàn)了多種發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的快速切換。

編輯小結(jié)：

    對(duì)于一臺(tái)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)而言，采用多孔噴嘴已經(jīng)不是什么新鮮事了，大部分直噴發(fā)動(dòng)機(jī)均采用這種噴嘴，區(qū)別僅僅在于孔數(shù)及噴射角度而已。而這款創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)較為特別的地方就是采用了深凹坑的凸頂活塞。凸頂活塞由于頂部向上凸出，從而縮小了燃燒室容積，提高了壓縮比。該活塞活塞頂?shù)陌伎?，能使燃料噴射后在火花塞附近形成疊層混合氣體，幫助穩(wěn)定燃燒。除此以外，活塞頂凹坑還解決了燃燒初期火焰接觸活塞頂而發(fā)生冷卻損失的問題。

拆解潤(rùn)滑系統(tǒng)/曲軸連桿機(jī)構(gòu)：

    創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)整體減重10%，其中活塞和活塞銷減重20%，連桿軸減重15%，曲軸主軸頸減重6-8%。發(fā)動(dòng)機(jī)整體質(zhì)量的下降對(duì)于降低車輛油耗有積極意義。除此以外，創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)通過對(duì)改進(jìn)氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)、降低活塞環(huán)張力（保證密封效果的情況下），實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)整體機(jī)械阻力降低30%。這一系列的改進(jìn)都使得創(chuàng)馳藍(lán)天汽油發(fā)動(dòng)機(jī)變得更為高效。

編輯總結(jié)：

    這款創(chuàng)馳藍(lán)天2.0L汽油發(fā)動(dòng)機(jī)最大的技術(shù)亮點(diǎn)在于電機(jī)控制的進(jìn)氣門正時(shí)系統(tǒng)以及4-2-1排氣歧管。除此以外，像是采用低張力活塞環(huán)、輕量化活塞/連桿/曲軸、活塞裙部的低摩擦涂層、深凹坑凸頂活塞、6孔多角度噴嘴、變排量機(jī)油泵等，都是非常值得技術(shù)迷去關(guān)注的技術(shù)點(diǎn)。

    個(gè)人認(rèn)為，馬自達(dá)的這款創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)確實(shí)有其獨(dú)到之處。它不像歐美系發(fā)動(dòng)機(jī)那樣粗獷地裝上渦輪、高壓直噴、雙VVT等，打造出的動(dòng)力參數(shù)很牛逼的產(chǎn)品；更不像國(guó)內(nèi)自主品牌那樣，一味地拿來主義，經(jīng)濟(jì)效益至上。從這款創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)中，我們看到了馬自達(dá)的“工匠精神”。敢于走不平常路，把技術(shù)做到極致，這似乎就是日本汽車人骨子里的“血性”。創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)的并不局限于發(fā)動(dòng)機(jī)，變速箱也是其中的重要組成部分，我們11月份會(huì)帶來創(chuàng)馳藍(lán)天變速箱的拆解文章，敬請(qǐng)期待。（圖/文 汽車之家 常慶林 攝 汽車之家 常慶林 李博旭）

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    愛恨交加 測(cè)試馬自達(dá)3 Axela昂克賽拉
    http://www.autohome.com.cn/drive/201408/832297.html

    創(chuàng)馳藍(lán)天初體驗(yàn) 昂克賽拉長(zhǎng)期測(cè)試（1）
    http://www.autohome.com.cn/drive/201409/841347.html