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工程师的乐园 痴迷于内燃机的固执车企

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汽油机和柴油机“合体”——火花控制压燃技术

  2017年初,马自达宣称将在2018年推出第二代创驰蓝天汽油发动机,油耗表现将比上一代产品提升约30%,比马自达以前的非创驰蓝天发动机油耗更是能节约50%,以马自达那帮固执的工程师以往的成就来看,这又是技术狂人给自己出的一个难题。就想过去迷恋转子发动机那样,这群工程师并没有食言,这也是“创驰蓝天之父”人见光夫一直坚信的,自然吸气发动机绝对能够达到50%的热效率,新一代创驰蓝天SKYACTIV-X发动机终于在2018年问世了。

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  第二代创驰蓝天SKYACTIV-X汽油发动机具备HCCI均质充气压燃技术,压燃并不是什么新鲜玩意,这项技术在柴油发动机上很基础的一项技术。那到底压燃是什么呢?简单直白说就是燃油混合气的燃烧不需要依靠火花塞点火,而是直接以气缸活塞运动将其压缩直至燃烧,由于化学性质的原因,柴油发动机气缸压缩后混合气温度上升可被点燃,但汽油机在压缩燃烧时很难控制爆震现象的产生,因此汽油压燃是一直是一项难以被攻克的技术难题,绝大多数车企更愿意通过相对容易的小排量涡轮增压来适应市场变化,只有马自达一根筋的给自己出难题……

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  马自达为什么坚持要攻克汽油机压燃技术?压燃能实现极高的空燃比,喷入更少的汽油达到稀薄燃烧的状态就能让发动机运转起来,从而实现更卓越的燃油经济性。为了达到稀薄压燃理想的空燃比,SKYACTIV-X发动机还增加了类似机械增压器的空气供给装置。HCCI技术的实现打破了曾被认为14.7:1黄金空燃比的定律(空燃比指泵入气缸内的空气和燃油的比值),马自达表示SKYACTIV-X发动机在750rpm运转时,空燃比能达到36.8:1,这是将每一滴汽油都充分利用起来了。

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  既然汽油压燃技术这么省油,那为何别的车企不去搞呢?其实不然,早年间奔驰、现代和通用等多家车企也都参与过HCCI技术的研发,但这些车企只停留在了发布概念车或对原型机进行过测试的阶段,虽然也取得过阶段性的进展,但并未像马自达一样跪着也要走完这条窄路。面对日趋严苛的排放法规,很多车企都知道HCCI技术所具备的优势,不过由于压燃控制稳定性、废弃再循环和NVH等一系列问题摆在面前需要解决,除了HCCI技术之外,摆在众多车企面前相对好走的技术发展道路更多,因此何必跟自己较劲?

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  压燃并不是说不需要火花塞了,而是在冷启动或在发动机高转速工况下利用火花塞点火,而在适当的工况下进行压燃,如此一来压燃有效的工况被延展了。此外马自达还继续挖掘火花塞的潜力,除了常规的点火作用外,还衍生成了压燃点火控制器,这样就能轻松地在火花塞点火和压燃点火间切换,马自达引入了“空气活塞”这一概念,压缩冲程点燃部分混合气使其爆燃膨胀,挤压其他混合气从而达到压燃和火花塞点燃的共同作用,马自达将这项技术称为SPCCI火花塞控制压燃技术。

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  马自达在推出第一代创驰蓝天发动机时,始终在自然吸气发动机上下功夫,直到2.5T SKYACTIV-G发动机出现后,才打破了人们的认知。不过对于创驰蓝天SKYACTIV-X发动机来看,马自达同样还是会延续之前的方式,并不打算尝试时下流行的小排量涡轮增压发动机。在马自达看来,与竞品的小排量涡轮增压车型相比,当车速在40km/h时,配备HCCI技术的新一代创驰蓝天发动机车型加速性更好,马自达想让内燃机达到“既要马儿快快跑、马儿还得吃得少”这样在理想化的状态,面对所谓的纯电大趋势,马自达的工程师并不认为电动车真的就环保。

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  固执的广岛人认为降低能源消耗最简单的方式就是从根源上控制,减少喷油量是最有效的方法。马自达工程师们从根源上解决问题,但却又引发出一个又一个新的技术难题,但在这群固执的技术人员看来,这才是马自达一直所追求的精神,不达目的绝不罢休。不过摆在马自达工程师面前最大的难题是SKYACTIV-X将比上一代创驰蓝天发动机更挑油,使用标号过低的燃油将导致压燃系统不再工作,这也意味着发动机将会再次回到火花塞点火的工作状态。

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  2020年9月,搭载压燃发动机的马自达3 昂克赛拉在中国市场正式上市,2.0L SKYACTIV-X发动机最大功率180马力,峰值扭矩224N·m,相比创驰蓝天非压燃2.0L发动机158马力的最大功率和202N·m的峰值扭矩有了明显的提升。然而18.99万元的售价相比非压燃2.0L自动质尊版车型售价高出2.1万元,而另一款搭载2.0L SKYACTIV-X压燃发动机的CX-30则要19.99万元,不少消费者在了解过马自达的压燃技术后对它这样的定价产生了质疑。这年头为什么还要花18.99万买一辆紧凑型轿车?我想每个人都会给出不同的答案,只有驾驶过、感受过它的人才有资格去评价它存在的意义。

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  有人认为马自达在用情怀卖车,在排放法规和燃油经济性方面,有车企选择了纯电化这条捷径,小排量涡轮增压和混合动力也是大多数车企的发展方向,而马自达则选择了SKYACTIV-X发动机整合了汽油和柴油发动机的优点,通过火花塞点火控制、高压喷射系统和机械增压系统的协作让这台发动机既提升了动力、又有效降低了油耗,让内燃机的效率达到了一个崭新的高度。创驰蓝天是马自达不断优化其内燃机技术的一个宏伟构想,压燃汽油发动机只是当下马自达阶段性的成就,这样一个为了而去造车的品牌本身就值得尊敬。

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结语:

  为了在激烈的市场竞争中让企业活下去,马自达孤注一掷选择走上攻克转子发动机技术的道路。在不被任何人看好的情况下,“转子47士”不仅让马自达活下来了,还让世人记住了这个以造有趣的车为荣的汽车品牌。马自达似乎一直在为了解决一个难题而又给自己制造了另一个难题,代表马自达永不言弃精神的转子发动机或许未来将以另一种方式呈现在世人面前,几经挫折的马自达凭借对技术的不断钻研,走出了一条有别于其他车企的道路,未来马自达创驰蓝天科技树将会被点亮更多令人期待的“黑科技”,在这个一切求快的时代,坚持才是最难得的。(图片来自网络 文 汽车之家 李昊鹏)

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