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堪比混动油耗的下一代创驰蓝天终于被掀开了面纱的一角，困扰内燃机界多年的技术难题——量产将汽油在气缸内压燃的汽油机，在马自达的努力之下终于获得突破，让我们先一睹其精妙。 且说我们上周刚刊登了外媒关于马自达即将发布HCCI发动机的消息，这不才过了几天，马自达真的就在8月8号发布了其名为“Sustainable ZOOM-ZOOM 2030”的长期技术愿景。愿景里明确的指出了马自达的HCCI发动机即将在2019年正式装车销售，而这一发动机也被命名为Skyactiv-X。而就在两天之后的8月10日，马自达正式召开新闻发布会，公布了一系列关于其“Sustainable ZOOM-ZOOM 2030”的详细信息。而其中最为引入瞩目的就是其下一代Skyactiv-X技术。下面就是马自达发布会上的胶片摘录，让我们来看看其巧妙而又有开创性的技术方案。 1 说到下一代创蓝，早在2009年马自达的技术路线图里面就提到了，下面这幅图就是其在2009年发布的技术路线图。大体就是针对汽油机提高压缩比，提高发动机的比热率，缩短燃烧时间，调整点火时间，降低散热损失，提高进排气压力（采用米勒循环）和减少摩擦，等等一系列的措施最终提升发动机的热效率。 而当前即将问世的就是下面图里面红色方框的部分，也就是在马自达终极内燃机之前的一步，Skyactiv-X。 那么Skyactiv-X最大的特点就是如下图所示，使用汽油，但是用柴油机的点火燃烧方式，也就是压燃。 首先，我们对比一下普通的火花塞点燃和马自达压燃发动机的差异。 第一是SI（火花塞点燃）发动机需要装备火花塞并由火花塞来点燃发动机，而CI（压燃）发动机则是直接通过高压来实现燃料点火。 第二点则是特别重要的地方，SI发动机的火焰是从火花塞点燃的地方开始，传播到气缸内其他地方，CI发动机则是在压到高温之后，气缸内的温度上升，达到汽油着火点，然后所有的汽油一起燃烧，这样就大大加快了燃料燃烧的速度。 第三点则是很多传统SI发动机都会维持14.7:1的理论空燃比，而CI发动机空燃比则达到了非常稀薄的程度，根据马自达自己的描述，这种程度大约是理论空燃比的两倍，这种空燃比是无法实现火花塞点火的。 了解了SI和CI的差异，我们就需要了解为什么我们要使用CI。首要原因在上面一段的第二条已经说明了，提升热效率的一个重要方式就是稀薄燃烧，但是过于稀薄的油气混合物则无法通过火花塞点燃。而让整个油气混合物一起被压缩到足够的温度，那么就成了一个好办法。 实际上这里还需要指出一个事实，就是当前很多直喷发动机都实现了稀薄燃烧，但是这种直喷的方式是先喷出较少的汽油，雾化后得到稀薄的油气混合物，然后再喷出一团的汽油，在第二团汽油来不及完全混合空气之前火花塞就通过点燃第二次喷出汽油实现稀薄油气混合物的点火。但是这个方式缺点之一就是颗粒物和氮氧化物排放过高，同时第二次喷出的汽油未得到充分混合，燃烧也是存在浪费的。 第二个促使我们要采用CI（压燃）发动机的原因则是燃烧速度，SI（火花塞点燃）发动机在点燃之后火焰从火花塞处传播到气缸各个角落，这一过程是需要时间的，这个时间里活塞正在向下移动，因此火焰爆发的力量就会部分的传递到气缸壁上。但是CI发动机由于是所有的汽油一起被压燃，因此燃烧速度快，燃烧产生的能量能在更短的时间内传递给活塞，这样就相当于更高效率的利用了燃料燃烧产生的能力。看下面这个图就可以很形象的想象出来，SI发动机的燃料燃烧时候活塞已经向下走了一段了，这时候不可避免热烈会从气缸壁上散发。而CI发动机则快的多。 2 明白了CI发动机的好处之后，开发CI发动机遇到的困难就是紧接着的主题了。传统的HCCI（匀质充能压燃）发动机最大的问题就是CI的工作范围非常狭窄，而且从CI切换到SI的过程非常不顺畅。当发动机转速过低的时候，常常会出现低温导致失火，也就是点不燃。而转速过高的时候则常常会因为点燃时间过短出现失火。在压力较高的区域则容易出现爆震。
那么马自达就解决了这两个问题。
具体解决的方法，看下面这个说明，它叫“可控压燃”
如何实现可控压燃呢？就是保留并利用火花塞，注意火花塞在这里不是起点火作用的。
接下来到了最关键的细节部分。 我们知道火花塞产生火花的时候，是产生了一个高温的电弧，这个电弧就像一个火球，它是有温度和压力的。而在CI发动机的活塞压缩到顶点然后即将开始向下进入做功冲程的时候，火花塞开始工作了。
这个时候的火花塞发出的电弧，就像一个从上方向下的小型活塞一样，如上图所示，在真正的活塞还来不及开始向下走，同时气缸内油气混合物由于过于稀薄没有被压燃的时候，给整个气缸内加了一把压力，于是一下子突破了压燃所需要的临界点，把整个气缸内的油气混合物给点燃了，如下图所示。于是马自达把这种技术叫做SPCCI（火花塞控制的压燃）。看到这里，真的是要佩服马自达工程师的奇思妙想。
我们还要注意且指出的是，这里火花塞起的不是点燃的效果，而是增加气缸内的压力。这和SI的最大区别在于实现的燃烧是从火花塞处开始通过火焰传播开，还是整个气缸内一起开始燃烧。马自达的技术方案显然属于后者。 说完了上面的压燃方法，还有一个非常重要的技术，就是马自达引入了一个额外的空气供应装置，提升气缸的填充率和压力。根据马自达的发布会信息，猜测应该就是机械增压器。如下面两张图所示。
提升缸内压力的原因主要是提高高负载时候气缸内的空气量，这样就扩大了CI的工作范围。 如下图所示，马自达的CI发动机在压燃的工作区间要远远大于传统的HCCI发动机。而且在CI和SI之间的切换也做到了平稳过度。
3 最后我们就来说说，马自达的SPCCI“火花塞控制压燃”发动机到底带来了什么好处。 总结下来就是如下三点，更强的性能，更低的油耗以及由此带来的更加愉悦的驾驶体验。
关于性能方面，首先是提升了动力响应水平，如下两幅图。马自达说是使用了更小摩擦力的进气阀门，其实还有个原因个人猜测就是上面提到的使用了机械增压器。这两者合起来提升了发动机在40KM/h速度时候再加速的响应时间。而对比对象则是某厂的小排量涡轮增加的车型。从40km/h开始加速3秒内搭载Skyactiv-X的车可以多走1.7米
而具体的发动机动力输出见下图，在95号汽油的时候，2000到3000转的时候扭矩比之前的创蓝发动机高了20%左右，而91号汽油则提升了30%。这里要解释一下图里的有趣的现象，就是压燃发动机使用91号汽油最大扭矩来的早得多，而扭矩下降的更快。具体原因可能只有马自达工程师才知道了。
第二个优势就是燃油经济性了。按照如下两幅图的展示，我们看到黄色的高效率区域被极大的扩大，而中间区域则出现了效率更高的深黄色区域。虽然我们不知道具体是多少。
下面这幅图则是很早之前马自达就公布过的，SKyactiv-X发动机比现在的Skyactiv-G汽油机省油了20%到30%。下面图片则是展示2000转的时候，在各个不同的BMEP值下Skyactiv-X发动机都大幅提升了燃效。
那么最后我们来一个关于性能和油耗的总结。如下图所示。 搭载2.0的skyactiv-X的马自达3在碳排放上已经看齐了Mazda 2 1.5DE，也就是1.5升柴油版的马自达2。而40公里/小时的再加速性能上则已经达到了MX-5 Miata 2.0的水平。
最后马自达还引用了美国EPA（环保署）在SAE发表的发动机研究论文，论文指出即使是这一代的Skyactiv-G汽油机，也已经在2000转，BMEP值从2到8的时候发动机热效率领先其他所有的对手。其中包括福特1.0和1.6的Ecoboost发动机，PSA的1.6T发动机，大众的第三代EA888 Gen IIIB（也就是第三代EA888改进型）以及咨询机构RICARDO在2012年预测的发动机水平。
说完了这些，我们最终来到发布会的最后，马自达在其技术远景规划中，仍然包含了插电车型和纯电车型和HEV混动车型。而且明确的说出，要提供适合各个市场的技术，也就是说，再倔强，技术再强的厂商也不得不在各国市场和法规前低头，推出满足市场和法规要求的车型，比如说纯电动车等等。
本文的最后再补充一句，马自达坚定的认为，对于车辆的排放法规要求，不应该指定技术路线，而是根据实际排放水平来制定法规。也就是说，不管你是什么技术，只要能降低排放达标，就应该是允许销售的。这也许是马自达对其内燃机技术自信的一个侧面体现吧。
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大明 来自通信行业的脑残车粉，粉汽车，粉电动车， 粉这些带来速度与激情的机器, 喜欢能帮助我们完成不可能任务的他们。 喜欢研究车车原理，发动机变速箱电动机燃料电池都爱。 业余无他爱好，唯车尔！ |
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