机动车消音器许昌哪里有卖(马自达新SKYACTIV-G 25T发动机是什么？)

Posted 2023-05-29

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机动车消音器许昌哪里有卖(马自达新SKYACTIV-G 25T发动机是什么？)

1 简介

基于面向2030年的技术发展长远眼光，马自达提出了“可持续Zoom-Zoom2030”宣言，其中的“行驶乐趣”包含对地球、社会及人之间问题的探讨。目前SKYACTIV-G 2.5T在市场中被高度赞扬，因其达成的扭矩可以与4.0L NA V8媲美，同时没有涡轮迟滞。尽管如此，此前的2.5T动力单元的尺寸相对较大，其安装空间仅能限制在较大的车型上，比如CX-9、CX-8、CX-5及马自达6。

现款2.5T，采用的是传统的风冷中冷设计

而新开发的2.5T引擎，将首次安装在C-segment车型上，包括CX-30及马自达3，以求让更多消费者感受动力澎湃的驾驶体验。为了显著地让引擎更加紧凑，新引擎采用了新的进气系统，其中包括了一个整合至进气歧管的水冷中冷器。在动力性能方面，新引擎在增压响应性能（涡轮迟滞）方面有显著改善，同时达成最高253 PS及434 Nm的高动力性能。而在环境性能方面，我们通过延伸EGR引入范围、拓宽排气S-VT工作角度、优化动态压力涡轮可变阀门开启时机来进一步减低CO2排放。本文介绍的新2.5T引擎，如图1所示。

图1 SKYACTIV G 2.5T引擎

2 引擎开发概念

为达成让顾客随心所欲的驾驶感受，新2.5T的开发目标为（1）同时达成响应性及可控性及（2）达成强大的扭矩输出。

针对第1个开发目标，新引擎优化了控制逻辑，同时降低了压气机后的进气系统容积，以弱化涡轮迟滞现象。而针对第2个目标，新引擎保持了当前引擎的动力性能，同时保证了在新一代C-segment平台下的优秀碰撞性能。新引擎的高度紧凑化是一个大课题，但由于采用了整合至进气歧管的水冷中冷器，降低了安装空间并提升了冷却效率，新引擎同时达成高动力性能及紧凑化。

3 引擎规格及相关系统

表1展示的是新SKYACTIV-G 2.5T（2020，US）与当前2.5T（2016，US）的规格对比。

表1 引擎规格对比

图2展示的是新引擎的系统示意图。

图2 引擎系统示意图

新引擎采用整合至进气歧管的水冷中冷系统，替代了当前引擎的风冷中冷系统，以节省安装空间。通过将散热芯体的旁通气流最少化，同时优化芯体区域的气体流动状态，新的中冷器优化了散热效率；另外针对中冷器的散热需求，新引擎采用新的副冷却液循环。通过上述措施，新引擎达成了安装至C-segment车型的紧凑化需求，同时达成目标动力要求。另外，由于压气机下游的进气系统容积明显减少，增压响应性能得到明显提升。

基于马自达提升内燃机热效率的路线，通过延伸冷却EGR的引入范围、拓宽排气S-VT工作角度、优化动态压力涡轮可变阀门开启时机等措施，新引擎降低了泵气损失及提升了比热比（图3）。

图3 内燃机升级方向

4 引擎性能

4.1 动力性能

在保证同样的冷却性能前提下，新引擎采用的水冷中冷器有效降低了进气压损，同时新主消声器也降低的排气阻力。如此，新引擎达成与此前2.5T一致的动力性能，最大扭矩420 Nm/2000 rpm，最大功率169 kW（230 PS）/5000 rpm【而采用高规格燃油时，最大扭矩提升至434 Nm/2500 rpm，最大功率提升至186 kW（253 PS）/5000 RPM】（图4）。

图4 引擎动力性能

另外由于降低了压气机下游的容积，在1500 rpm的全油门工况下，新引擎在增压压力建立初段的响应时间，较此前引擎的降低30%（图5）。因此，新引擎强化了起步阶段的响应，在常用区间带来线性、敏捷的驾驶感受。

图5 瞬态响应性能

4.2 热效率改善

在新2.5T引擎上，针对改善热效率有以下措施：

1、延伸冷却EGR的引入范围，由此提升工质比热比；

2、拓宽排气S-VT工作角度，并优化动态压力涡轮可变阀门开启时机，以降低泵气损失。

基于上述措施，新引擎的热效率得以提升，同时在实际工况下的油耗也得以降低（图6）。

图6 油耗特性

5 引擎性能及紧凑化两立

5.1 整合至进气歧管的高效水冷中冷器

新引擎采用水冷中冷器，以保证增压响应性及冷却性能。基于布置的考虑，水冷中冷器整合至进气歧管，而不是采用独立布置的设计（图7）。虽然该设计的布置层面有很好的优势，但也有相应的不足。由于水冷中冷器需要装配至进气歧管上，因此在散热芯体周边有一定的空隙；部分高温增压空气并不会穿过芯体，而是通过这空隙绕过芯体（旁通），这将导致无法充分利用中冷器的散热能力。在新引擎中，我们采取一些措施，让中冷器的散热能力最大化；具体的方向包括（1）旁通气体流量最小化，以及（2）优化芯体区域的气体流动状态。

图7 水冷中冷器

（1）旁通最小化

在整合至进气歧管的水冷中冷器上，旁通气流发生在散热芯体的周边，部分高温增压气体通过此处流入下游而不通过芯体，由此降低了散热效果。基于此，旁通密封条布置在芯体周边的三处位置，以提升中冷散热效果。密封条布置在中冷器芯体的平滑面上，以保证密封性能。密封条采用唇型设计，以保证生技性要求（适应各种间隙值）；同时为应对逆流的问题，密封条采用Y型截面的设计。通过采用该密封条设计，中冷器的效率提升9个百分点（图8、9）。

图8 旁通密封条布置及形状

图9 旁通流动率 VS 中冷器效率

（2）优化芯体区域的气体流动状态

当增压气体流入芯体时，如果发生不均匀流动，芯体的冷却效率将会降低。由于考虑到在有限空间中的碰撞要求，中冷器进气气室采用一个平的形状。最初设计中，进气气室的气流偏移情况很严重。后续我们从结构上入手，如采用一个挡板结构，来优化气体进入芯体的流动状态。基于相关措施，我们优化的气体流动并降低了压损，使得中冷器的冷却效率提升了1.6个百分点（图10、11）。

图10 气室形状优化

图11 进气不均匀度 VS 中冷器效率

公式（1）为本文采用的统计芯体入口处流动标准差的计算方式。

5.2 水冷中冷器冷却系统

由于新引擎采用了水冷中冷器设计，因此需要额外的散热系统（图12）。基于类似之前导入的、在C-segment车型的SKYACTIV-X动力单元（压燃的机械增压也采用水冷中冷系统）的经验，新散热系统着眼于让中冷器冷却效率最大化。

图12 低温散热系统

针对新2.5T引擎比SKYACTIV-X更高的散热功率，考虑冷却液流量和散热器散热功率的明显相关性，新散热系统中电动水泵的功率被明显提升（15 W提升至70 W），以进一步提升系统的散热能力（图13）。

图13 车速 VS 散热功率

一方面，由于电动水泵的功率提升，水泵的最大流量提升至SKYACTIV-X的5倍。而在引擎轻负荷工况下，新水泵可以将流量降低至最大值的1/4，以降低电力方面的消耗（图14）。

图14 水泵工作MAP

为合理控制中冷器下游的空气温度，基于工作原理，中冷器本身可以简化成一个物理模型。中冷器的工作目的（热量散失），就是为了降低因增压而升温的空气的温度。基于公式（2），可以计算中冷器的散热功率。

基于中冷器内空气流量及散热功率，则可以基于图15的中冷器散热特性，来用电动水泵控制满足中冷器散热需求的冷却液流量。

图15 中冷器特性

基于上述控制策略，通过自动计算中冷器下游的空气温度，只要控制电动水泵的冷却液流量，就可以进气温度控制在目标水平。

结果是如图16所示，无论测量精度、车速及外界气温如何，基于该物理模型都可以有效控制进气温度。

图16 进气温度与车速不相关

5.3 外部EGR分配优化

基于紧凑化需求，新引擎采用了将水冷中冷器整合至进气歧管的进气系统。相比于此前的引擎，新的进气系统的结构有明显的变化，例如节气门布置在中冷器的上游。进气系统的一个重要功能，就是分配EGR气体。在此前引擎中，EGR的分配（混合）是依赖节气门半油门时下游的空气乱流。另一方面，在新引擎中，EGR引入元件的位置远离节气门，因此此前引擎的设计并不能直接留用。通过对进气系统的相关优化，EGR的混合程度得以提升，新引擎的EGR分配性能，达到与此前引擎同等或以上的水平。

SKYACTIV-G 2.5T引擎着眼于提升燃油经济性，新旧引擎都在中高负荷工况下引入外部EGR。如果每个气缸的EGR分配发生了明显变化，气缸之间的负荷及燃烧稳定性就有所出入，这将导致扭矩的降低，且不利于燃油经济性。因此，新的进气系统被设计成保证各个气缸的EGR率在同等水平。

为优化EGR的分配性能，我们着眼于在进气歧管稳压腔上游的EGR混合过程。如果在此处EGR气体得以充分混合，每个气体的EGR率将保持一致，EGR分配性能将得以提升。在稳压腔上游的混合过程，我们用3D CFD来优化进气系统的形状，以提升公式（3）中的γ值。γ值是用来表征EGR和空气混合程度的指数，γ值越高，混合程度越好（γ=1.0代表完全混合）。

为达成目标混合状态，（1）EGR气体需均匀地导入进气管，另外（2）通过新设计让EGR气体和空气更容易混合（图17）。

图17 进气歧管

针对前者，通过在稳压腔上游进气管路，对称地布置外部EGR导入口，让EGR气体有充足的时间扩散；而对于后者，EGR导入口上游的进气管路，采用一个弯曲结构设计，让次要气体（secondary flow）提升EGR气体的混合（图18）。

图18 包含次要气体的流场

基于上诉措施，我们明显提升了稳压腔上游进气管中的γ值（图19），而且新引擎的实机EGR分配性能，较此前引擎有同等或以上的表现（图20）。

图19 进气歧管中EGR气体流动及EGR率

图20 各气缸EGR率

6 总结

新SKYACTIV-G 2.5T将搭载至类似CX-30及马自达3等C-segment车型上，其综合性能有所提升。在新引擎中，实际工况下的热效率得以提升，同时高动力性能满足大部分消费者随心所欲的驾驶需求。通过持续开发满足“人马一体”理念的动力单元，我们秉承“行驶乐趣”，继续对地球、社会及人之间的问题进行求解，并加深与消费群体的羁绊。

以上~