是天才也是瘋子 馬自達SKYACTIV-X解析

　　【太平洋汽車網 技術頻道】在大家都上渦輪增壓的時候，馬自達一直堅持著自然吸氣；在大家都在發展新能源車的時代，又是馬自達顯得略不合群，還在堅持繼續將大部分精力放在了研發內燃機技術。這個“不合群”的品牌有著執著的堅持和信仰，而歷史總在告訴我們，堅持著信念的人總會獲得令人驕傲的成功，而這部分人也往往會被人稱作“瘋子”。

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　　創馳藍天第二代發動機 SKYACTIV-X（創世藍天-X發動機下文簡稱：SKYACTIV-X）引入了HCCI，這也是世界上第一款搭載了HCCI點火的量產發動機，馬自達決定在2019年正式量產SKYACTIV-X。

　　HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）的全稱翻譯過來是“均質充量壓燃”。

　　下面我們將會聊到一些比較復雜的技術知識，但是這些技術總的來說都是圍繞著動力性提升和燃油經濟性提升這兩方面來展開的，所以我們先不去看復雜的技術知識，先來看看這個大家把它夸上天的技術到底實現了什么了不起的成就？

1.燃油經濟性的顯著改善

　　在發動機排量為2.0L的車輛中，與SKYACTIV-G（創馳藍天-G發動機下文簡稱：SKYACTIV-G）相比，SKYACTIV-X的燃油經濟性提高了20％。同時，在頻繁使用低車速的區域，由于使用超級稀薄燃燒，燃油經濟性可提高多達30％。 在途中我們不難發現了，SKYACTIV-X的燃油效率甚至等于或超過最新的SKYACTIV-D柴油發動機。

2.顯著提高了輸出性能和響應能力。

　　SKYACTIV-X的發動機排量為2.0L，它比目前的SKYACTIV-G至少提升了10％的扭矩，在某些轉速下可提高30％。

　　怎么做到的呢？這很大程度上要歸功于上文我們所提到的HCCI，也就是均質壓燃技術。

　　我們正在面臨著的環境問題和能源問題，讓我們不得不去認真思考：如何降低汽車的排放和減少燃油后消耗?！?/p>

　　無論出于一個企業的社會責任心還是政策原因，這個問題都成了每個汽車企業都需要急需考慮的。所以有的企業選擇了油電混合驅動、有的企業選擇了純電驅動、有的企業采用了新的燃料作為汽油柴油的替代燃料等等，而馬自達選擇的HCCI（均質充量壓燃）也是其中一種節能減排的解決方案。

　　HCCI除了能實現較高的壓縮比和比熱比，還能完全和快速地燃燒稀薄混合氣，實現多點大面積同時壓縮著火，沒有傳統火花塞點燃的火焰傳播過程，所以壓縮點火可以在極短的時間內完成燃燒放熱，以提高發動機效率。而火花塞點火式發動機有火焰傳播的明顯時間延遲。

　　可以說，HCCI是一種非常理想燃燒模式。

　　要知道HCCI在汽油發動機上很難實現穩定燃燒。因為燃燒的氧化反應過程比較復雜，從氧化反應開始到點燃混合氣會有一段從冷焰到熱焰的著火延遲，這個著火延時取決于溫度、壓力和濃度，因為不同的駕駛條件下，壓縮沖程中存在的溫度和壓力的變化，所以HCCI的著火時刻不易控制。

　　從圖片上可以看到，HCCI燃燒的轉速和負載區間較窄，只在中等低轉速下HCCI工作效果最佳。在在上圖藍色范圍之外，燃燒不穩定且難以控制。所以由此我們可以知道：在HCCI可工作范圍以外的轉速和負荷下需要采用火花塞點火，以保證發動機正常工作。于是問題來了：如何無縫銜接這兩種點火方式？

　　因為傳統的火花塞點火和HCCI點火對缸內溫度、空燃比、EGR的要求均不一樣，需要發動機在不同工況下、來回切換點火模式非常困難。

　　是的我們上面提到，傳統火花塞點火與HCCI點火之間對溫度、空燃比、EGR等的要求互相矛盾，這兩者切換之間所處的狀態難以實現任何一種點火，于是馬自達便想到了應用人為手段去為壓燃創造條件，也就是通過火花塞輔助點火來提高氣缸內的壓力和溫度。

　　為了讓火花塞點火和HCCI點火之間能更好地過渡，馬自達引入了火花塞輔助點燃的模式，利用火花塞點火輔助可以提高HCCI的點火能力，更好地控制混合氣著火時刻，同時也讓氣缸內著火有很好的穩定性。這個利用火花塞點火輔助的壓燃方式被馬自達命名為SPCCI。

　　SPCCI是通過在壓縮行程的過程中，先使用火花點燃一小部分混合氣，這部分混合氣爆炸并膨脹，為缸內創造接下來壓縮自燃所需的壓力和溫度（但在活塞未到達上止點時混合氣仍保持在自燃程度以下，如何控制這一舉動下文我們會解釋），當活塞繼續向上運行，直到到上止點時，缸內其余的混合氣通過壓縮同時被點燃。

　　所以本質上SPCCI雖然有火花塞的介入，但是火花塞點火僅僅作為為壓燃創造條件的輔助手段，而且我覺得不需要糾結這是不是存在了火焰傳播，你需要知道的是，SKYACTIV-X發動機最終在SPCCI點火模式下，大部分的混合氣還是通過多點大面積點燃，同時還保持了整體放熱速率較高的水平。而SKYACTIV-X則可以在大部分時候使用到的是SPCCI點燃，小部分區域可以實現HCCI。所以我們可以認為，馬自達確實不僅將HCCI點火這個技術實現了量產，還將壓燃的范圍擴大至了更大的區域。

　　為了實現SPCCI，馬自達更新了發動機上一些硬件，包括新型活塞頭設計和超高壓燃油噴射系統，以幫助混合氣以及旋渦形狀的形成，以及采用了高響應的空氣供給裝置，可以引入大量空氣，同時配合氣缸壓力傳感器等來精確控制發動機，值得一提的是SKYACTIV-X還搭載了輕度混合動力系統，或許是用于發動機啟停作用的。SKYACTIV-X控制邏輯看起來相當復雜，但與以前實現HCCI的那些概念來說，復雜性降低了很多。下面我就具體介紹一下SKYACTIV-X發動機的部分重要細節。

·控制空氣燃料混合物以防止異常燃燒

　　因為SPCCI需要非常高的壓縮比，高壓縮比使壓縮點火更容易實現，但它也增加了過早壓縮點火的可能性，這可能會嚴重損害發動機，發動機需要在保持高壓縮比的同時，防止在燃燒過程中發生壓縮著火，所以馬自達為SKYACTIV-X引入了分段燃油噴射、超高壓燃油噴射系統和缸內壓力傳感器。

　　１.分段燃油噴射

　　為了防止在壓縮稀薄的油氣混合氣中出現不正常的燃燒，SPCCI采用了分段式燃油噴射系統，其中一小部分燃油在進氣過程中噴入，形成低密度稀薄混合氣，而更多的另一部分在壓縮過程中噴入。這不僅讓SPCCI更好實現點火，還有效控制了混合氣的異常燃燒。

　　２.超高壓燃油噴射系統

　　為了盡可能地縮短壓縮沖程的時間以及使壓縮點火更加高效，燃料快速的霧化以及油氣混合氣更快地形成非常重要。于是馬自達采用了超高壓的噴油系統，噴油油壓達到1000bar，這能夠使得汽油瞬間霧化，同時產生強大的湍流，大大提升點火穩定性和燃燒速度。

　　３.采用缸內壓力傳感器
　　除了采用上文所說的防止不正常燃燒的技術外，SKYACTIV-X還采用了缸內傳感器作為監測控制，將其與目標配置文件進行比較，通過不斷觀察噴射、點火等數據，發現噴油、點火等是否給預期結果帶來了適當的燃燒，并對任何偏差進行實時補償，確保持續優化燃燒。

·新型活塞頭：

　　除了有良好的霧化效果，缸內氣體流動形式也是決定混合氣燃燒速度的要點之一，SKYACTIV-X采用了新型的活塞頭，讓氣缸內的混合氣形成漩渦狀，使氣體更好地被壓縮燃燒。

·機械增壓器：

　　這個小型的機械增壓器可以施加最大約0.5bar的壓力，這個增壓器作用并不是為了給發動機增加多少的馬力，而是為了提高效率用的。增壓系統為氣缸帶來更多的空氣，即使在較高的發動機轉速下也能保持混合氣足夠稀薄。這個增壓器是離合式的，在較低的發動機轉速下可以解耦，避免空燃比變得過于稀薄。

 　　 對于馬自達這樣一個執著于車技研發和革新的“汽車匠人”來說，骨子里的“次世代基因”讓它著力于創新汽車技術，以精益求精的精神和多年如一日的“深耕”與“探索”，尋求可以超越于時代、普惠于大眾的先進技術。

　　從上個世紀的轉子發動機，到如今的SKYACTIV-X（創馳藍天-X發動機）技術，馬自達一直在立足當下、著眼于未來，在“次世代”一直處于主動地位，代表未來的“次世代的技”也一直未曾缺位過。

　　在傳承中堅守，在堅守中創新，在創新中進化，這便是馬自達能夠一直在次世代立于不敗之地的原因所在吧。（圖/文：太平洋汽車網 遲東寧）