马自达的崛起(下)——日本汽车的起源、转折与强盛(四)
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发布时间：2023-08-28 14:58
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时间：2023-09-01 23:44
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在上一篇文章中提到，自达希望研发靠拢HCCI发动机终极状态的发动机，但是摆在面前的是四大难题，马自达必须找出问题的对策，这就为SPCCI技术的诞生埋下了伏笔。
马自达SPCCI的奇思妙想？
马自达在研发HCCI技术中发现，以现有技术实现完全可控的HCCI不太可能，所以目前依然需要借助火花塞，对压燃时间点进行精准控制。也就是说马自达首先要解决的技术难点是火花塞无法点火，怎么在极其稀薄空气下确保汽油燃烧。
在中国销售汽车是一件十分困难的事情，中国不像日本、韩国、欧洲，整个国家面积较小，环境气候地势大都一致，所以只需要针对单一环境研发发动机即可，但中国地缘辽阔，北方极寒、南方高温，西北干旱，西南海拔，加之中国各地销售的汽油品质良莠不齐，所以要确保压燃发动机在全国可以良好运行也是必须要考虑的。
马自达最终希望借助火花塞主动点燃，既然压燃不容易控制，那就两者互相中和下，毕竟已经将压缩比从14提高到18，燃效上已经取得了显而易见的进步，于是SPCCI发动机诞生。马自达研发的这套技术是独家的，SPCCI中文名为火花塞控制的压燃点火。这种实现方式大概可以分为两步：
第一、先通过火花塞点燃一小部分混合气，燃烧的混合气体积膨胀后挤压未燃烧的混合气，这些未燃烧的混合气压力就变大，然后发动机把这些混合气压燃，像极了人为制造的「空气活塞」。
这样一来，发动机的压缩比不用过高，减少了对机械压缩比的依赖，设定在15-16即可，然后通过调整火花塞的点火时机以及气门的动作来营造出HCCI可以稳定运行的温度压力环境。
第二、为确保发动机在火花点火和压燃之间无缝切换，马自达需要让毫无规律的压燃变得有点规律。通过对压缩行程中精准控制燃料喷射，并在压缩冲程中多次喷射，随压缩冲程的改变调整喷射比例，尽可能减少未燃混合气被压缩的时间，从而避免爆震。这种方式保证了燃油混合气在准确时间点获得最大的压力。
不过，这需要超高压喷射系统和燃烧室中心放置多空喷嘴。马自达X发动机这次采用了最大压力700bar、10孔高压喷射系统，而目前大多数缸内直喷汽油机的最大喷射压力为250bar、350bar、6孔喷射系统。
这种压燃和火花点火之间自由切换，解决了均质燃烧无法进入实用化的命门。实际上，HCCI发动机迟迟无法量产，除了上述原因之外还有一个缺点——最优工作区间过于狭窄。
均质燃烧冷启动时比较困难，高转速下扭矩和功率会受到影响，也就导致HCCI发动机的最佳转速区间将锁定在1000rpm-3000rpm之间。这个区间刚好是我们最多使用的转速区间，但值得注意的是，HCCI对平均指示压力范围有要求。正常情况下，以日本10/15循环工况测试为例，它用的平均指示压力为160-620kpa之间，而HCCI发动机的活动范围仅为200-400kpa之间。
常规做法，用HCCI发动机应对循环测试工况，根本体现不出它的经济性优势。不过，通过马自达研发的SPCCI，X发动机可以在非最优工况时，采用普通点火式发动机工作方式，扩大了发动机的工作范围。
X发动机开起来如何？
传统观念上，除非采用强制进气，否则排量和扭矩之间存在关联，但马自达X发动机却在2.0L引擎上实现了222牛·米的扭矩。这也就意味着这款发动机存在某种「增压机制」。
X发动机海外参数133千瓦，222牛·米，相比普通发动机，动力增加。不过，马自达拒绝承认这是增压发动机，因为增压并不是主要目的，所以在增压机制上既不是Super Charge，也不是Turbo Charge，马自达称之为High Air Response Supply，主要作用是调整空气供应量的，为了在高转速下提供更多进气，以确保足够的空燃比和燃烧效率。
与传统增压不同，马自达X发动机在低转速下，增压器是断开的（有离合器控制），既不影响高速时动力的发挥，也不会影响低速时的油耗。
驾驶X发动机时会有一些和G发动机不一样的感受。首先动力参数增强了，加速性能会提升一部分，油耗肯定下降，应该会重新占到燃油经济性第一的位置。其次，因为应用了压燃，为了减少泵气损失，节气门开度会更大，动力的响应性也会变好。
这款发动机的NVH相对较好以及某些特性会提升整车的空调性能。正如SPCCI或者HCCI的冷启动时特性，吸入油量变少，导致暖机时间更长，所以马自达在应用这款发动机时会采用大量的保温材料包裹，加快发动机的暖机时间。
这种设定使发动机温度上升较快，从而带来整车空调性能的上升，同时整体包裹隔音材料，噪音水平的控制要比此前的G系列发动机优秀许多，这会极大提升现阶段已经着重提升静谧性的次世代马自达3和马自达CX-30两款车的质感水平。
未来e-Skyactiv X怎么发展？
中国对节能减排的要求和标准已经开始影响到全球汽车行业的发展，自2025年开始，中国将成为节能减排最严格的国家，2020年5L，2025年4L，如果汽车企业不想失去中国市场，那么必然开始针对经济性做进一步提升，而提升的重点就是发动机。
简单将未来发动机的发展进行总结可以归为三类：
1、 提高热效率，高端的采用阿特金森循环、可变压缩比、高压缩比，入门的采用350Bar直喷、VVL、集成排气歧管等等。
2、 降低机械损失，高端的采用涂层、可变排量机油泵，低端的就直接小型化了。
3、 电气化，12V启停、48V启停、48V微混、HEV、PHEV。
以马自达人马一体的品牌追求而言，马自达在引擎上需要考虑的东西有很多，除了经济性之外，马自达跟脚的动力输出连贯性还要不要？马自达式发动机声音还要不要？
关于马自达发动机的未来、汽车的未来，在打造终极理想内燃机，降低排放提高热效率的路上，压燃或许只是其中一个方法。在《Zoom-Zoom可持续发展宣言》中，马自达对未来表达了自己的想法。马自达着重思考地球-社会-人三方面的问题，要实现从燃料开采到车辆行驶（Well-to-Wheel）这一宏观的减排理念。
Well-to-Wheel并不是说采用新能源动力就够了，它计算的是汽车整个生命周期内各个方面的综合排放，除了油箱到车轮外，它还包括汽车设计生产，甚至运输过程中的消耗。至于未来马自达会怎么继续发展，我反倒认为普通人的想象力不足以想象马自达未来要做的事。
只是我们尤其好奇，在强调动力、性能、乐趣这件事上，马自达又该如何平衡经济、低碳、环保以及自动驾驶。这规则之间游走，看起来都有些心疼的马自达，又将如何坚持不懈的在各种夹缝中尽最大努力销售「驾乘愉悦」呢？
总而言之，X发动机是目前马自达既能保持品牌追求运动的那份执着，又能在动力和经济性之间达到一种艺术平衡的作品。
图 | 来源于网络
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