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拒絕淘汰!Mazda不讓轉子引擎消逝|創新廢氣再循環EGR系統專利|克服排污難關  

* 馬自達最新專利揭示一種用於轉子引擎的EGR廢氣再循環系統

* 瞭解此雙通道特殊設計EGR之前,要先明白均質燃燒的重要性與限制

* 轉子引擎如欲應用在市售車上,唯一辦法就是當串聯式油電動力的「發電機」固定轉速運行,藉此符合環保、高效、長壽等目標,否則就只能進博物館供人瞻仰!

* 別幻想什麼八千、一萬超高轉速的轉子引擎跑車問世,這種設計其壽命可能撐不過3年或5年,就是「一過保固就炸引擎」的概念!此外更不可能通過嚴苛的排污法規

無論效率如何,Mazda怎麼都不願意讓轉子引擎消失,畢竟這也是馬自達的招牌菜之一。這家日本汽車製造商最近公佈的一項專利,目的在於提高最獨特的轉子引擎運作效率,藉此符合現代法規與量產車的需求。

該專利乃是一種新型轉子引擎廢氣再循環(EGR)系統。 EGR系統透過將精密計算過的排放廢氣量,重新導回引擎進氣歧管,防止燃燒室內「氧氣過多」與「溫度過高」,進而降低車輛排放污染,尤其是NOx。

為何指望高效率的「均質燃燒」而不追求馬力與扭力?

如果馬自達想要繼續使用轉子引擎,就必須盡可能提高運轉效率。在此所說的高效率不是指大馬力,畢竟未來轉子引擎偏向於「固定轉速發電機」的任務,輪上驅動乃是馬達的任務,因此新世代轉子引擎研發目標,馬力與扭力夠用就好,不需要頂強頂狀自我摧殘、提前磨損匆匆下台,此時此刻「燃油效率」更為重要。

這意味著轉子引擎需要創新,最佳辦法就是最佳空燃比14.7:1的均質燃燒(又稱為化學計量燃燒),既能達到最佳燃油效率,且不容易產生HC污染(燃燒不完全的汽油),也能抑制NOx氮氧化合物有毒廢氣的產生。不只是Mazda、Honda、Toyota…致力追求此一完美,其他像是Porsche、BMW也抱持同樣看法,可說是英雄所見略同。但這種完美的燃燒狀態,其實是有嚴苛的溫度與含氧量限制,此時EGR將扮演極重要的角色。

精密流量+溫控    EGR關鍵密碼

最新的環保法規嚴苛限制NOx的排放量,因此一堆舊世代缸內直噴汽油引擎與柴油引擎死在路上!因此最新的汽油引擎,既不追求稀薄燃燒、也不使用濃厚燃燒,唯一目標就是追求效率最好的均質燃燒,再想盡辦法抑制NOx污染問題,主要是靠便宜小巧的EGR,而非昂貴又笨重的尿素選擇性觸媒。

Mazda最新專利EGR系統採用雙通道結構,在燃燒循環中,近距離的側通道率先開啟,將部分高溫廢氣直接導入渦輪增壓器中。

遠距離EGR外環第二通道並沒有直接引入進氣歧管或渦輪系統,而是先將這第二通道的廢氣,導向引擎側殼體的內部通道,該通道與引擎內部冷卻通道相鄰,意謂著水冷式熱交換系統的運行,進一步降低廢氣溫度。好的,這就是精確控制燃燒室溫度與含氧量的關鍵,過高過低都不行,唯一途徑就是精確,方能發揮汽油引擎最佳效率。

只要設計得當,轉子引擎就不需要龐大的冷卻系統,增加額外的體積與重量,並耗損寶貴的燃油效率。

馬自達新型EGR系統到底解決了什麼問題?

水冷式EGR早已問世,因此Mazda在此並沒有「創新」的意義,但傳統EGR冷卻器體積龐大、重量同樣偏高,而且根據馬自達提交的文件,轉子引擎周圍的可用空間非常有限,不可能沿用就設計,意謂著Mazda全新EGR系統必須充滿「創意」。因此這項新專利提供了節省空間與重量「二全齊美」的解決方案,讓EGR系統直接和引擎本體做結合,既能降低燃燒溫度,又能優化空燃比,而且不佔用大位子、不增加高負擔。

過往轉子引擎通常採用富油燃燒(濃厚燃燒),也就是噴入更多燃油,藉此降低燃燒溫度並保護關鍵零件,如轉子三個頂點的氣密墊片。但這會導致燃油經濟性降低和有害廢氣排放量的增加,而這兩點正是無法滿足當今廢氣排放法規的主要障礙。

馬自達的新型 EGR 系統,可以讓這家汽車製造商在高負載運行期間,持續使用均質燃燒,且無需大型外部 EGR 系統。

馬自達真的很喜歡轉子引擎

儘管轉子引擎存在許多技術難題,但馬自達仍在不斷改良這款動力系統。先前Mazda在MX-30純電動車上,將轉子引擎作為增程器(發電機)使用,該車型同樣配備了廢氣再循環EGR系統。

馬自達早在20世紀60年代初期就對轉子引擎產生了興趣,並成立了專門的引擎研發部門。 1967年,這家汽車製造商推出了搭載雙轉子引擎的Cosmo Sport 110S車型,之後則是赫赫有名的RX-7與RX-8,但由於轉子引擎存在耐用、效率、排污方面的大問題,難以成為主流、長長久久。

Mazda在20世紀後期持續研發和銷售這款發動機,但它的生命週期真的不長。該公司於2012年停止了RX-8的生產,整體來說轉子引擎跑車並沒有創造豐厚的利潤,卻帶來無窮無盡的麻煩,但Mazda內部許多工程師仍然希望這款引擎能夠用於打造一款真正的跑車。是的,轉子引擎的唯一支撐點,真的就是熱情、絕非利潤。

總之,希望馬自達的新型EGR系統,能成為轉子引擎市售化的最後一步,但就目前的進展來看,如果Mazda真的想將這套動力系統應用於新跑車,看樣子還需要更多技巧和創新,才能使其成為一款具有競爭力的新產品,這意謂玩家仍須耐心等待,使用一般直四引擎的輕跑車應該會先上,之後才會見到轉子希望…