馬自達的創馳藍天發動機以及熱效率的事情我來簡單分享一下。

我們看到日本汽車公司在發動機的宣傳文字中經常會提到熱效率這個概念，簡單理解就是燃料化學能經過發動機轉化成曲軸輸出的機械能的水平。

要提高發動機的熱效率是比較困難的，舉個豐田的例子，在2003年釋出的第二代普銳斯上的1.5NA發動機熱效率就已經達到了36.8%，豐田經過了近15年的不懈努力，只到2017年豐田最新的CAMRY混動的2.0NA和2.5NA發動機的熱效率才提高到41%。

15年只提高了4%。而且被認為是重大進步，可見發動機熱效率提高有多困難。

首先我先簡單分析一下為何歐洲公司不經常說熱效率指標，而日本公司非常熱衷於講熱效率。

這其實和之前雙方對於發動機效率提升的技術路線是不同的。歐洲採用的是渦輪增壓小排量的技術路線，用小排量渦輪增壓發動機代替大排量自吸發動機，由於增壓發動機尤其是直噴增壓發動機可以在低轉速實現很高的扭矩，透過變速箱速比的調整，在同樣的整車需求功率下和自吸發動機相比增壓發動機可以在更低的轉速更高的負荷工作，這樣透過轉移發動機執行負荷點的辦法來提高發動機的效率，從而降低油耗。可以很明顯的看出，這種技術路線發動機整體的熱效率並不需要做很大的提升，當然，不是不想提升，是提升非常困難。所以小排量渦輪增壓技術路線透過轉移執行負荷點巧妙的避開了直接提高熱效率這一難題。下面有個圖大家可以看一下如何轉移執行工況點。

而日本汽車公司之前普遍是走自然吸氣的技術路線，這種路線只能提升發動機的熱效率來降低油耗，因此幾乎所有的日本公司，豐田、本田、日產、馬自達等都花了大量精力研究如何提升自然吸氣發動機的熱效率，但是確實是非常艱難。所以日本企業一定要宣傳他們熱效率上的優勢，同時由於提升熱效率技術上太難，日本企業從2013年開始也慢慢轉向了和歐洲相同的渦輪增壓直噴小排量技術方案。豐田和日產是轉移了一部分，本田乾脆全面轉向渦輪增壓小排量。其中馬自達是一個另類，他還在這條艱苦的道路上前行。馬自達的突破性進展我們下面會詳細展開分析。

馬自達的技術突破主要體現在以下幾個方面：

首先說一下第一代創馳藍天SKY ACTIVE G採用的核心技術

1、 阿特金森迴圈和高壓縮比

阿特金森迴圈簡單來說就是採用進氣門晚關技術，在進氣結束後的壓縮衝程再將一部分進氣壓回進氣管，這樣的話就會實現膨脹比比壓縮比高的情況。從而實現熱效率的提高。所以我們看到馬自達採用高達14的壓縮比，由於阿特金森迴圈的原因，雖然根據機械結構物理計算的壓縮比是14但是因為一部分空氣被重新壓回進氣管，所以實際工作的壓縮比大大負荷情況下是不大於10的，這就是為什麼馬自達高達14的壓縮比也不會有爆震的問題，同時還可以用較低標號的燃油。不過這樣的話發動機的膨脹比就是14了，這樣可以充分的利用燃燒的能量來做功，所以效率比較高。也可以簡單的理解為實際工作中起作用的做功衝程是大於壓縮衝程的。在小負荷情況下，可以用比較高的壓縮比來進一步提升熱效率，因為小負荷沒有爆震的問題，這時候要平衡壓縮比帶來熱效率提高的好處和進氣門晚關帶來的泵氣損失減少之間那個更大來選擇具體的策略。

2、 最佳化的發動機換氣過程，特殊設計的排氣管

既然發動機需要將一部分進氣重新壓回進氣管，在低轉速低負荷時可以降低泵氣損失，提高熱效率，但是高負荷高轉速怎麼辦呢？馬自達同時想到了要提升發動機在高轉速的充氣效率，來避免阿特金森迴圈可能帶來的最大功率的降低。因此，馬自達專門設計了不鏽鋼的4-2-1的排氣管，每個管子的長度都精心的進行了計算和最佳化，充分的利用排氣的脈衝效應，同時減少不同氣缸之間排氣的互相干涉，提高充氣效率。這就造成這個排氣管又長又複雜，看起來和F1用的排氣管都有點像了。也造成了發動機佔用空間較大，乘員艙的空間被壓縮，這也是馬自達空間不大的一個重要原因。

3、 寬域控制的電動VVT

換氣過程的最佳化除了排氣管以外，就是VVT可變氣門正時系統了，氣門晚關的策略對全負荷效能不利，但是可以採用雙VVT對進氣門關閉時刻進行調整，在大負荷的時候避免功率損失。由於阿特金森迴圈對VVT調節角度的範圍和調節速度要求很大，所以需要引入寬域控制的電動VVT，比傳統機械式透過油壓控制的VVT調節角度要大30%。

這個發動機已經上市好幾年了，目前來看這些技術其他的公司也逐步開始使用了，比如豐田最新的ECTEC2.0NA發動機也採用了高壓縮比，阿特金森迴圈等類似技術。馬自達沒有停止，它在這條道路上繼續前行。我們來看看他最新發布的第二代創馳藍天 SKY ACTIVE X的核心技術吧，絕對是石破天驚的技術方案。

1、 HCCI燃燒系統，馬自達對傳統HCCI的執行區間小，和大負荷火花塞點火之前切換很難控制等問題進行最佳化。改進了HCCI燃燒概念，使之具備量產的可能。馬自達把改進的HCCI燃燒系統叫SPCCI。採用SPCCI的燃燒系統發動機的壓縮比可以達到類似於柴油機的18，從而將熱效率提升到48%。為了避免稀燃引起的NOX排放，SPCCI系統必須和EGR系統一起工作。這是發動機技術目前能夠達到量產的最高熱效率，而且還是在2000轉2bar負荷下的取得的，比豐田的41%負荷更小，難度更大。

2、 馬自達為了避免SPCCI在稀燃情況下引起的NOX排放超標，三元催化器無法有效工作的情況，在SKY ACTIVE X發動機上採用了廢氣再迴圈EGR系統。

3、 超高壓的GDI噴射系統，馬自達宣稱使用了噴射壓力高達1000bar,接近了柴油機的噴射壓力。要知道目前主流的GDI發動機噴射壓力一般在150-250bar，350bar的系統才剛剛開始進入市場。馬自達1000bar的噴射壓力絕對是突破性的技術，馬自達採用如此高的噴射壓力主要是考慮稀燃情況下噴油霧化的需求，其實HCCI系統就是類似與柴油機的壓燃模式，噴射壓力也是參考柴油機的經驗進行開發的。

4、 機械增壓器，對，你沒看錯，是機械增壓器，一直堅持自吸路線的馬自達也要增壓了，不過這個增壓和現在馬自達量產的2.5T的渦輪增壓發動機不一樣。首先這個是機械增壓器，其次這個增壓器的主要目的是為發動機提供大量的空氣，從而使稀薄燃燒成為可能,所以增壓壓力只有0.5bar。馬自達說這個不是傳統增壓器，只是SPCCI燃燒系統高響應進氣控制的一部分，但是不管馬自達怎麼嘴硬，這個增壓器還是為發動機帶來了更大的扭矩，發動機扭矩能夠比現在的SKY ACTIVE G提高20Nm.機械增壓器早就有，但是這麼使用馬自達算是第一人了。

5、 電控VVT和SKY ACTIVE G一樣就不多說了。

6、 馬自達為了適應電氣化的大趨勢也為SKY ACTIVE X配備了輕混合動力系統。

新馬自達3

某理工大學，車輛工程學院。

那是一節非常枯燥的內燃機原理課。

上課的是我們的副院長。

他是本市汽車內燃機領軍人物。

當時我們不懂車，也沒有車，連發動機是什麼可能都不明白。

那個時候，我只記得，頭文字D剛剛完結，拓海的發動機壞了，但最後還是贏了。

時隔五年，今年2018年，我們以前的老教授的有一段話我記得很清楚：

汽車內燃機是有極限的，而且已經到了瓶頸。汽油發動機在材料、技術的限制下，永遠也不能像柴油一樣被壓燃，只能點燃，所以綜合來看，汽油發動機效率非常低。我們國內對這一塊的研究也是蠻困難的，進步很慢，專利也寥寥無幾。

是的，教科書上是這麼寫的，汽油和壓燃是無緣的，也沒有必要去研究。

今年2018年，馬自達3（AXELA），在美國洛杉磯車展首發。

並且宣佈，可以壓燃的汽油發動機已經量產，並且搭載在全新馬自達3上。

SKYACTIV-X（第二代創馳藍天），來了！

可以從以下3點來了解馬自達這次帶來的第二代創馳藍天技術。

自然吸氣不輸渦輪

01

2.0L自然吸氣發動機，189馬力，230N.m

終於達到了同級別渦輪機的資料，相信比之前的第一代創馳藍天擁有更好的動力表現。

50%熱效率，世界第一

02

擁有最高50%的理論熱效率，綜合油耗低至4L/100km。

50%熱效率是什麼概念？

目前所有的汽油發動機平均熱效率為30%左右，全球熱效率最高的汽油發動機為豐田開發的2.5升汽油發動機以及混合動力發動機，熱效率分別為40%和41%。

汽油不靠點燃，你敢信？

03

圖|汽車之家

前無古人後無來者的馬自達專利，汽油可以壓燃了。（SPCCI技術，火花控制壓燃技術）

壓燃曾經是用來區分柴油機與汽油機的一項特徵，而如今它不再適用了。

我們的大學教科書，可能需要重新改編。

簡單說一下，壓燃帶來的直接好處是能夠實現超高的空燃比，達到稀薄燃燒，通俗講是讓牛少吃草多幹活。

圖|汽車之家

SPCCI技術打破了曾經被認為金科玉律的“黃金空燃比”14.7：1（空燃比是指氣缸內泵入空氣和燃油的比值），根據官方資料看，SKYACTIV-X能夠在750rpm運轉時，空燃比能夠達到恐怖的36.8:1。

那麼從最能貼近我們日常用車的角度來講，這臺發動機的綜合油耗，可以完全媲美目前所有混動車。（官方宣稱在3.5~4L/100km）

這可能是第一臺，省油又強勁又有駕駛樂趣的車。

馬自達究竟克服了哪些困難和物理瓶頸？

那麼想把汽油壓燃，必須要解決以下問題：

1、高轉速下的壓燃爆震

2、低溫啟動不能被壓燃

3、發動機高負荷失火

4、顆粒排放物超標，需要加裝額外的顆粒捕捉器

5、噪音震動巨大

這些問題，馬自達全部解決了。

當然，還有很多實際的應用問題，以我的教科書學識，只能揣測出馬自達解決了這些主要問題。

所以由於這些困難重重問題，讓這項汽油壓燃技術成為所有車企望而卻步的高冷科技。

說了這麼多，為何馬自達要不遺餘力地去研製這樣一款發動機呢？

馬自達從始至終就是為了環保二字在努力。這款發動機是讓馬自達在環保領域又上了一個臺階。

再進一步地說，馬自達這麼做，更是為了生存。

馬自達的廣島總部裡一直有這麼一句話：

企業不大，卻熠熠生輝

這就是馬自達這家企業的精神。

工匠和技術宅的精神，讓豐田都對他垂涎，並且丟擲了橄欖枝，尋求合作。

馬自達已經不是第一次這樣做了。

早在五十多年前，為了挽救當時公司即將被吞併的命運，馬自達必須掌握一項核心技術以擺脫這個困境。而德華人汪克爾的一項發明吸引了時任馬自達社長松田恆次的目光——轉子引擎。（下一期再講這個可愛又可恨的轉子發動機）

第二代創馳藍天發動機

馬自達這個倔強又有趣的企業。

最後用馬自達的技術總監和執行董事人見光夫的一句話做個結尾：

現階段，內燃機效率的提升，是比強行推廣電動車更加有效的減排手段，世界上每年發電環節產生的二氧化碳排放量大約為4.3億噸，而汽車的排放量約為2億噸，不去改變發電方式，而尋求強制推廣電動車來達到減少二氧化碳排放的目的，簡直就是緣木求魚、本末倒置。