馬自達(dá)對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)內(nèi)燃機(jī)和混動(dòng)到 2035 年仍是主流

文章來(lái)源：虎嗅網(wǎng)

“你坐馬自達(dá)，怪不得你塞車(chē)。”

1997 年，梁家輝在《黑金》里對(duì)著遲到了 11 分鐘的與會(huì)黑老板輕蔑一笑。在無(wú)憂無(wú)慮的淳樸汽油時(shí)代，汽車(chē)品牌之間等級(jí)分明，座次清晰。“我們坐的都是奔馳，都是勞斯萊斯”，而“你坐馬自達(dá)，你根本就沒(méi)有資格來(lái)開(kāi)這個(gè)會(huì)。”

誰(shuí)也不會(huì)想到，二十年過(guò)后，當(dāng)奔馳和勞斯萊斯們都已經(jīng)對(duì)電動(dòng)車(chē)亦步亦趨，內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)最后的堅(jiān)守者，竟然是那家廉價(jià)親民、又天生反骨的偏門(mén)小公司。

當(dāng)年三言?xún)烧Z(yǔ)間催生的“馬自達(dá)塞車(chē)”梗，成了日后粉絲們樂(lè)此不疲的經(jīng)典自嘲，也刻下了這家日系品牌揮之不去的形象烙印。說(shuō)它小眾吧，也不至于稀罕到孤僻;說(shuō)它大牌吧，又確實(shí)長(zhǎng)期偏離主流——國(guó)人說(shuō)起馬自達(dá)，腦海中印象大抵如此。

2010 年代，全世界都在搞小排量、搞渦輪增壓，只有馬自達(dá)硬要把自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力挖到底;步入 2020 年代，當(dāng)全世界都在搞電動(dòng)化、搞混合動(dòng)力，馬自達(dá)卻在悶頭做一種拗口難懂的“稀薄壓燃”發(fā)動(dòng)機(jī)。還頂著一個(gè)又土又怪的名字“創(chuàng)馳藍(lán)天”——誰(shuí)不知道電動(dòng)才是環(huán)保、用電才能藍(lán)天，今天你搞出來(lái)一個(gè)汽油車(chē)再怎么省油，就不怕大家連看 5 分鐘科普的興趣都沒(méi)有?

只有那些學(xué)內(nèi)燃機(jī)的朋友會(huì)激動(dòng)地拍打著簡(jiǎn)歷告訴你，馬自達(dá)搞出來(lái)的這個(gè)什么什么藍(lán)天，可是人類(lèi)汽油文明百年來(lái)，未曾實(shí)現(xiàn)過(guò)的終極幻想。

千萬(wàn)別一聽(tīng)到“發(fā)動(dòng)機(jī)”倆字，就直搖頭說(shuō)“我看不懂我看不懂”。其實(shí)絕大部分的所謂“黑科技”技術(shù)，如果不能向普通人用大白話解釋明白，通常不是你的問(wèn)題，是我的問(wèn)題。

夢(mèng)幻前傳：終極壓縮

不論你關(guān)不關(guān)注汽車(chē)產(chǎn)品，都很難躲開(kāi)“渦輪增壓”這個(gè)詞兒。

約莫十年前，小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)迅速普及，成為各大汽車(chē)品牌的首選。都說(shuō)今天電動(dòng)化是“大趨勢(shì)”，那么十年前的“大趨勢(shì)”就是小排量渦輪。十年過(guò)去，放眼今天的民用車(chē)市場(chǎng)，你已經(jīng)很難買(mǎi)到一款不帶渦輪增壓的自然吸氣車(chē)型。

馬自達(dá)，幾乎是碩果僅存的逆行者，全系使用著 Skyactiv-G 系列自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)。(馬自達(dá)在市場(chǎng)有一款 Skyactiv-G 2.5T 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)屬特例，限于篇幅本文不做討論。)

插播一個(gè)對(duì)于渦輪增壓的白話解釋?zhuān)?/p>

所謂渦輪增壓，是在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣通路上安裝一個(gè)渦輪，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，而渦輪同軸連接著一個(gè)進(jìn)氣葉輪，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生壓力將外界新鮮空氣強(qiáng)行“卷”進(jìn)氣缸(所以帶增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)也稱(chēng)“強(qiáng)制進(jìn)氣”，與非增壓的自然進(jìn)氣相對(duì)應(yīng))。

一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力輸出，取決于參與燃燒的空氣量(增加噴油量并不難)，而渦輪增壓在不改變物理排量的情況下帶來(lái)了更充足的進(jìn)氣，所以渦輪增壓往往能明顯提升動(dòng)力。

就好比把個(gè)人吃飯的手和跑步的腿連在了一起，跑得越快吃的就越多，而吃的多了又能跑得更快。

有了渦輪增壓，車(chē)輛所需的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量可以減小。比如原先需要 2.0L 自然吸氣，現(xiàn)在 1.4L+渦輪增壓(1.4T)就夠了。而適度的小排量化，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間更加貼近日常用車(chē)工況(請(qǐng)注意增加渦輪并不會(huì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率)，日常能耗和排放自然就降了下來(lái)。另一方面，由于進(jìn)氣量有了渦輪作為保障，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)往往能在低轉(zhuǎn)速下即可輸出峰值扭矩，即人們所說(shuō)的“低扭強(qiáng)”，這對(duì)于城市行駛是有利的。

然而天下沒(méi)有免費(fèi)午餐，沒(méi)有什么技術(shù)會(huì)盡是優(yōu)點(diǎn)。小排量渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)有百般好，也必然有它的劣勢(shì)在。其中最顯而易見(jiàn)的，叫做渦輪遲滯。

渦輪增壓器由排氣能量驅(qū)動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣的能量不足，渦輪增壓效果不明顯或不起作用;而當(dāng)突然踩下油門(mén)試圖加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加、排氣能量增加、驅(qū)動(dòng)渦輪加速、進(jìn)氣量增加是一個(gè)過(guò)程，需要一定的時(shí)間。

先是發(fā)動(dòng)機(jī)要靠自身“努力”產(chǎn)生更多排氣驅(qū)動(dòng)渦輪，然后才是轉(zhuǎn)起來(lái)的渦輪連帶著進(jìn)氣葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪才能給發(fā)動(dòng)機(jī)“打氣”。所以，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)較自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)而言，難以擁有那種“隨踩隨有”的線性動(dòng)力響應(yīng)。

從踩下油門(mén)，到渦輪增壓器建立起壓力、動(dòng)力突增的時(shí)間間隔，被稱(chēng)為渦輪遲滯(turbo lag)。這是一種客觀上只可減弱、不可完全消除的現(xiàn)象。當(dāng)然，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展到了今天，出現(xiàn)了諸多減小遲滯的技術(shù)手段，現(xiàn)在優(yōu)秀的渦輪增壓機(jī)，已經(jīng)可以將渦輪遲滯弱化到日常難以察覺(jué)。

然而馬自達(dá)說(shuō)不行，我一點(diǎn)遲滯我都受不了，這就有了 Skyactiv-G。

2010 年——正是小排量渦輪時(shí)代風(fēng)雨欲來(lái)之際，馬自達(dá)提出了 Skyactiv 創(chuàng)馳藍(lán)天計(jì)劃，核心便是發(fā)展高效率的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī) Skyactiv-G。現(xiàn)成的加渦輪、減排量之路，馬自達(dá)不走，偏要去夠自然吸氣的現(xiàn)有技術(shù)天花板。(馬自達(dá)第一代 Skyactiv 發(fā)動(dòng)機(jī)還包括柴油機(jī) Skyactiv-D，由于柴油車(chē)與國(guó)內(nèi)關(guān)系不大，故本文對(duì)于第一代 Skyactiv 僅針對(duì)汽油機(jī) Skyactiv-G。)

Skyactiv-G 的首要指標(biāo)是熱效率。對(duì)，就是內(nèi)燃機(jī)經(jīng)常被拿來(lái)恥笑的那個(gè) “20%~30%”。小排量渦輪風(fēng)潮正是為了應(yīng)付環(huán)保法規(guī)，那么馬自達(dá)非要用自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)干小排量渦輪的事兒，首先便是要把能耗和排放降下來(lái)。

馬自達(dá)在 2012 年交出的答卷——Skyactiv-G 發(fā)動(dòng)機(jī)，擁有 37% 的最大熱效率和 60kW/L 升功率( EPA 數(shù)據(jù)，Skyactiv-G 2.0L，2014)。沒(méi)有如今風(fēng)靡的 48V 電機(jī)，沒(méi)有任何混合動(dòng)力，也沒(méi)有以駕駛性和動(dòng)力為犧牲，單純依靠?jī)?yōu)化汽油燃燒過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了 37% 的最大熱效率。作為當(dāng)代最早的一批高效發(fā)動(dòng)機(jī)，Skyactiv-G 的很多指標(biāo)要到幾年后才被豐田等大廠超越。

現(xiàn)在你能買(mǎi)到熱效率最高的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，是豐田 TNGA 架構(gòu)下 Dynamic Force 系列發(fā)動(dòng)機(jī)的 40%，加上豐田油電混動(dòng)系統(tǒng)的話可以到 41%，同時(shí)升功率也達(dá)到了 60kW/L(即效率不以動(dòng)力為代價(jià))。雖然熱效率已經(jīng)比馬自達(dá) Skyactiv-G 還高，但要知道馬自達(dá)畢竟早了五年。

今天看來(lái)，Skyactiv-G 雖然仍屬先進(jìn)，很多技術(shù)其實(shí)已經(jīng)不算新鮮。

提高燃燒效率最直接的手段，是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。粗略理解，壓縮比就是發(fā)動(dòng)機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)的最小容積，與運(yùn)動(dòng)到下至點(diǎn)時(shí)的最大容積之比。通常，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比在 10:1 左右，超過(guò) 11:1 的已屬罕見(jiàn)。注重動(dòng)力性能的發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)使用偏小的壓縮比;強(qiáng)調(diào)低能耗和高效率的發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮比會(huì)偏大。

提高壓縮比的困難，是要面對(duì)爆震風(fēng)險(xiǎn)。爆震，是指在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞上行壓縮的過(guò)程中，氣缸內(nèi)燃油在高溫高壓下被提前引燃。燃油不依照活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的突發(fā)意外爆燃，會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)直至報(bào)廢，這是一種十分危險(xiǎn)的現(xiàn)象。

抑制爆震的手段之一，是減少氣缸內(nèi)殘余的上次燃燒廢氣。為了抑制爆震、提高壓縮比，Skyactiv-G 使用了獨(dú)特的 4-2-1 排氣歧管。即四個(gè)氣缸的四個(gè)排氣歧管先匯成兩個(gè)，再合二為一。排氣路徑更長(zhǎng)，點(diǎn)火相鄰氣缸間相隔更遠(yuǎn)，相鄰點(diǎn)火氣缸的排氣脈沖不會(huì)互相干擾，就可以讓排氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間更久，盡可能地排光廢氣、減少殘余。

特殊的排氣歧管，加上其他一些措施，使得 Skyactiv-G 得以擁有驚人的 14:1 壓縮比(國(guó)內(nèi)因油品問(wèn)題減至 13.1:1)。這一度是壓縮比最大的量產(chǎn)汽油機(jī)，直到被馬自達(dá)下一代發(fā)動(dòng)機(jī) Skyactiv-X 打破。五年之后 40% 熱效率的豐田 Dynamic Force 發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮比也“不過(guò)” 13:1。

同樣是要滿足越來(lái)越嚴(yán)的環(huán)保法規(guī)，小排量渦輪是讓發(fā)動(dòng)機(jī)的高效區(qū)間，向著日常使用工況靠近一些。而馬自達(dá)則是選擇硬剛：我就是要把熱效率這個(gè)硬指標(biāo)做上去。憑借第一代 Skyactiv 系列發(fā)動(dòng)機(jī)，馬自達(dá)在不斷收緊且更利于小排量渦輪機(jī)的排放法規(guī)中，用別人眼中挖掘殆盡、毫無(wú)希望的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅生存下來(lái)還站穩(wěn)了一席之地——盡管這片地有越站越小的趨勢(shì)。

好在，高壓縮比自吸的 Skyactiv-G，才只是一個(gè)開(kāi)始。

理想燃燒：魔幻現(xiàn)實(shí)

沒(méi)有哪家停滯不前的公司能生存下來(lái)，尤其對(duì)于那些劍走偏鋒的獨(dú)行者。

2012 年第一代 Skyactiv-G 投產(chǎn)，這些年來(lái)馬自達(dá)都在做什么呢?忙著研發(fā)第二代 Skyactiv——Skyactiv-X，這才是本文的高光主角。如果按照計(jì)劃，剛剛在海外投產(chǎn)不久的 Skyactiv-X 發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)該在 2020 年內(nèi)登陸國(guó)內(nèi)。

汽油車(chē)努力起來(lái)：真沒(méi)電動(dòng)爹什么事兒

第一代 Skyactiv，其實(shí)分為汽油機(jī) Skyactiv-G 和柴油機(jī) Skyactiv-D，而第二代 Skyactiv 則放棄柴油機(jī)而專(zhuān)注于汽油機(jī)。后綴 “X” 仿佛代表了汽柴油技術(shù)的交匯：Skyactiv-X 的核心，可以歸結(jié)為“用柴油機(jī)的方式，燒汽油”。

我們知道，由于汽油柴油各自特性不同，汽油機(jī)使用火花塞點(diǎn)火，即點(diǎn)燃式;柴油機(jī)無(wú)需點(diǎn)火壓縮即燃，即壓燃式。百年來(lái)，汽油點(diǎn)燃、柴油壓燃，仿佛一加一等于二般的真理。

老司機(jī)都知道柴油車(chē)省油，柴油機(jī)的壓燃式點(diǎn)火，在熱效率方面更具優(yōu)勢(shì)。原理其實(shí)很好理解：火花塞點(diǎn)火，火焰要從中心的火花塞向四周擴(kuò)散，逐步引燃整個(gè)氣缸內(nèi)的所有燃油混合氣，燃燒傳播的過(guò)程是需要一段時(shí)間的。

但在燃燒做功的過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)停下來(lái)等你燒，活塞始終在飛速上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)燃燒還沒(méi)有完全結(jié)束，活塞卻已開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，意味著后面有一部分燃燒的能量，并沒(méi)有真正作用于活塞下行，也就相當(dāng)于這部分能量被浪費(fèi)了。就好像我們蹬自行車(chē)時(shí)腳不慎踩空，你的腿明明做了功，卻并沒(méi)有真正用于自行車(chē)前進(jìn)，相當(dāng)于這部分勁是白費(fèi)的。

汽油車(chē)努力起來(lái)：真沒(méi)電動(dòng)爹什么事兒

(壓燃做功在時(shí)間維度更集中，做功的效率更高)

反觀柴油機(jī)使用的壓燃式點(diǎn)火。燃油混合氣在氣缸內(nèi)是均勻分布的，所以當(dāng)活塞上行達(dá)到壓燃所需條件時(shí)，燃燒會(huì)在整個(gè)氣缸內(nèi)多點(diǎn)、同時(shí)發(fā)生。燃燒能量在一瞬間釋放，做功時(shí)間更短、峰值更高。并且氣缸內(nèi)各處燃料的，燃燒情況更為均勻一致。燃料能量中會(huì)有更大部分(相比點(diǎn)燃式)被用于推動(dòng)活塞做功，熱效率自然會(huì)更高。

馬自達(dá) Skyactiv-X，世界上第一臺(tái)也是唯一的壓燃式汽油機(jī)。

把汽油機(jī)做成了“柴油機(jī)”，馬自達(dá)是如何實(shí)現(xiàn)這一魔幻現(xiàn)實(shí)的?Skyactiv-X 的核心技術(shù)，叫做 SPCCI 火花塞控制壓燃點(diǎn)火(Spark Controlled Compression Ignition)。

如果你懶得往下細(xì)看，簡(jiǎn)單粗暴劃個(gè)重點(diǎn)：

汽油其實(shí)可以壓燃，但條件極為苛刻，壓燃不穩(wěn)定難應(yīng)用;

Skyactiv-X 既能壓燃也能點(diǎn)燃，能“壓”時(shí)則“壓”，不能“壓”時(shí)切換到“點(diǎn)”;

但如果太多的時(shí)間是點(diǎn)燃式，壓燃就沒(méi)什么意義了;

為了盡量擴(kuò)大壓燃的可用范圍，需要精確控制氣缸內(nèi)壓力;

使用火花塞進(jìn)行有限的點(diǎn)火，雖然用了火花塞，但目的不是點(diǎn)燃，而是精確控制壓力來(lái)保證穩(wěn)定壓燃;

以上，即所謂火花塞控制壓燃點(diǎn)火 SPCCI。

稀薄の誘惑

在內(nèi)燃機(jī)前沿研究領(lǐng)域，有一種理想中的燃燒狀態(tài)，叫做稀薄燃燒。

稀薄燃燒，怎么算稀薄?按照空氣中氧含量和燃燒化學(xué)式，人們計(jì)算出充分燃燒所需的空氣/燃油混合比例(空燃比)，應(yīng)該是 14.7:1。所以理論上講，只有當(dāng)空燃比大于等于 14.7 時(shí)，燃油才可能被完全燒盡，其中的化學(xué)能才有可能被全部釋放。當(dāng)空燃比大于等于 14.7，就可以認(rèn)為是稀薄混合氣，所以說(shuō)稀薄燃燒是一種理想燃燒。

然而汽油車(chē)發(fā)展百年，幾乎從未實(shí)現(xiàn)理想空燃比。你在路上見(jiàn)過(guò)那么多車(chē)在跑，沒(méi)有一輛能達(dá)到 14.7 的空氣燃料配比，沒(méi)有一輛能提供充足的空氣讓汽油充分燃燒。

這當(dāng)然是有原因的?，F(xiàn)在的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，空燃比都是燃油過(guò)剩一些。因?yàn)檫@樣雖然會(huì)導(dǎo)致燃燒不充分，浪費(fèi)燃料并增加排放，但多余的燃油會(huì)起到降溫作用，幫助提升動(dòng)力性能。另一方面，當(dāng)空燃比真的接近 14.7 時(shí)，稀薄混合氣帶來(lái)的富氧環(huán)境，會(huì)導(dǎo)致氮化物(NOx)等污染物大幅增加：燃油經(jīng)濟(jì)性是上去了，但排放污染就很難看。

理想燃燒，不是不想，實(shí)屬不能。

馬自達(dá)要繼續(xù)提升發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，但 Skyactiv-G 那種提高壓縮比的法子，已經(jīng)不能再多指望。原因是根據(jù)內(nèi)燃機(jī)奧拓循環(huán)的理論熱效率公式，隨著壓縮比增加，熱效率的提升空間會(huì)越來(lái)越小，即邊際效用遞減。Skyactiv-G 已經(jīng)做到了壓縮比 14:1，單靠繼續(xù)提高壓縮比，對(duì)于熱效率的提升幅度有限。

理論公式給出了另一個(gè)出路，叫做比熱比，即定壓比熱容比上定容比熱容。雖然聽(tīng)著玄了吧唧讓人頭大，但我花了點(diǎn)時(shí)間琢磨歸納了一下，其實(shí)你姑且可以這么理解：如果氣缸內(nèi)的燃油混合氣，能將更多的熱量用于使其膨脹，而不是用于使其升溫，內(nèi)燃機(jī)的熱效率就會(huì)提高。

讓混合氣變得更加稀薄，可以提高比熱比。因?yàn)楫?dāng)空氣過(guò)量，有更多氣體不參與燃燒但會(huì)吸熱，燃燒溫度就會(huì)下降;再加上燃料能充分燃燒，能量更徹底地用在了膨脹做功。所以燃油混合氣越稀薄，理論熱效率會(huì)越高。

理論到位了，下面剩下實(shí)踐。

前面說(shuō)到的氮化污染物是第一大難題。然而馬自達(dá)在實(shí)驗(yàn)室中，在嘗試了多種空燃混合比例后發(fā)現(xiàn)：當(dāng)空燃比等于和稍大于 14.7 時(shí)，確實(shí)會(huì)如人們常識(shí)中那樣，導(dǎo)致排放氮化物激增;但，當(dāng)進(jìn)一步增加混合氣的稀薄程度，空燃比達(dá)到 29.4 時(shí)(兩倍于 14.7)，氮化物排放又會(huì)降低至可接受程度。也就是說(shuō)，人們以往的認(rèn)識(shí)是，稀薄混合氣會(huì)導(dǎo)致 NOx 排放爆發(fā)，然而馬自達(dá)發(fā)現(xiàn)——那是因?yàn)槟慵业南”』旌蠚?，還是不夠稀。

汽油車(chē)努力起來(lái)：真沒(méi)電動(dòng)爹什么事兒

(紅線：當(dāng)稀薄程度越過(guò) 14.7:1 進(jìn)一步增加，NOx 排放又會(huì)減少)

驚喜還沒(méi)結(jié)束。馬自達(dá)在實(shí)驗(yàn)室中還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)稀薄程度進(jìn)一步增加，空燃比增加到驚人的 36.8:1 時(shí)，在足夠壓力下，燃料混合氣還沒(méi)有等到火花塞點(diǎn)火，就自發(fā)被引燃了——也就是說(shuō)，汽油壓燃，其實(shí)完全可以實(shí)現(xiàn)。

稀薄+壓燃，就此成為馬自達(dá)的鉆研方向。同時(shí)，這也是業(yè)界公認(rèn)的，未來(lái)終極內(nèi)燃機(jī)的最重要發(fā)展方向之一。

壓燃の敏感

然而接下來(lái)幾年，馬自達(dá)一直都在被“實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定壓燃”這一難題，按在地上反復(fù)摩擦。當(dāng)然了，是自愿的。汽油壓燃，確實(shí)是可行的——在實(shí)驗(yàn)室里。雖然和柴油壓燃相似，但汽油終歸是汽油，化學(xué)性質(zhì)比柴油更活躍，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可用的壓燃，困難得多。

首先，壓燃對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況有著極為苛刻的要求。只當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速同時(shí)滿足一小片特定范圍時(shí)，才能維持穩(wěn)定的壓燃點(diǎn)火。其次，壓燃對(duì)于溫度與壓強(qiáng)十分敏感，在不同的溫度不同的海拔，壓燃能不能成，簡(jiǎn)直像看緣分。再有，燃燒室內(nèi)部的環(huán)境也影響著壓燃的成?。簻囟冗^(guò)高，壓燃發(fā)生太早振動(dòng)嚴(yán)重;溫度過(guò)低，壓燃太晚降低效率……

要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可用的汽油壓燃，簡(jiǎn)直像在伺候爹。也就不難理解，哪怕汽油壓燃能在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)超高的熱效率，卻從未曾被任何一家廠商應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)。

但眼下馬自達(dá)已經(jīng)騎上了老虎，想下去肯定是來(lái)不及，就算下去了也沒(méi)有其他出路，只有硬著頭皮剛正面。最后，工程師們想出的解決方法是：用“背叛”壓燃的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓燃。

既然壓燃不可能覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)的全部工況，那么壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)終歸不會(huì)完全舍棄火花塞，在部分無(wú)法實(shí)現(xiàn)壓燃的時(shí)候，還是得以點(diǎn)燃式保持運(yùn)轉(zhuǎn)。而壓燃不穩(wěn)定的原因，無(wú)非是溫度和壓力。溫度難以做到精確實(shí)時(shí)控制，但壓力是可以的，比如——用火花塞點(diǎn)個(gè)火?

在氣缸內(nèi)壓力不滿足壓燃條件時(shí)，火花塞提前實(shí)施小范圍的有限點(diǎn)火，使缸內(nèi)壓力瞬間增加，之后氣缸內(nèi)尚未燃燒的大部分混合氣就可以壓燃點(diǎn)火。只要能精確控制火花塞的點(diǎn)火，就可以精確控制氣缸內(nèi)壓力，也就能夠?qū)崿F(xiàn)更大范圍的穩(wěn)定壓燃。

是壓燃嗎?是?；鸹ㄈ?也用。這就是 Skyactiv-X 的核心科技，所謂火花塞控制壓燃點(diǎn)火 SPCCI。

基本原理聽(tīng)起來(lái)不復(fù)雜，但真要做到精確控制，就成了“聽(tīng)著簡(jiǎn)單做起來(lái)難”。由于 Skyactiv-X 同時(shí)具備點(diǎn)燃、壓燃模式，其中壓燃模式(SPCCI)還要判斷火花塞的介入時(shí)機(jī)和介入程度，最后 Skyactiv-X 光是大體的燃燒策略就多達(dá)三層。在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速組合下，分別使用不同的空燃比、噴油量和燃燒方式。比如在起步、急加速時(shí)，直接使用火花塞點(diǎn)燃;在中高速巡航時(shí)，按需進(jìn)行不同程度的 SPCCI 壓燃。

由于 Skyactiv-X 已屬于稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，很多方面不能以過(guò)往的常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)考量。比如前面提到的壓縮比。要讓超稀薄混合氣僅靠壓縮能量自發(fā)引燃，壓縮比一定會(huì)遠(yuǎn)高于以往的點(diǎn)燃式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。上一代 Skyactiv-G 壓縮比 14:1 已經(jīng)是世界第一，而 Skyactiv-X 達(dá)到了驚人的 16:1!而且，別忘了 SPCCI 還有火花塞點(diǎn)火增壓進(jìn)行再壓縮，所以實(shí)際壓縮比有時(shí)會(huì)比 16:1 的物理壓縮比更高。

壓縮比如此之高，爆震風(fēng)險(xiǎn)自然要倍加重視。馬自達(dá)的解決策略，是使用高達(dá) 1000bar(常規(guī)汽油機(jī)的 3~4 倍)超高壓油泵，將噴油過(guò)程分多次進(jìn)行。普通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，噴油后在壓縮過(guò)程中，混合氣吸熱升溫，這是爆震的前提條件。于是 Skyactiv-X 在壓縮前的初次噴射時(shí)只噴少量燃油，此時(shí)混合氣過(guò)于稀薄，以至于無(wú)法形成爆震;當(dāng)壓縮進(jìn)行到中段再?lài)娚渥銐蛉加?，這些燃油尚未來(lái)得及吸熱升溫就會(huì)被壓燃，于是爆震風(fēng)險(xiǎn)被降了下來(lái)。

Skyactiv-X 的最大熱效率“目標(biāo)”，將達(dá)到 44%(因?yàn)檫€沒(méi)有第三方實(shí)測(cè)，所以才只能說(shuō)“目標(biāo)”)。這是不借助混合動(dòng)力的純內(nèi)燃機(jī)熱效率，并且高熱效率并不以犧牲駕駛動(dòng)力性為代價(jià)。

據(jù)馬自達(dá)自己的數(shù)據(jù)，在 2000 轉(zhuǎn)/分這樣的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速下，超稀薄燃燒的 Skyactiv-X 發(fā)動(dòng)機(jī)，能比前代(Skyactiv-G)節(jié)省燃油 20%。不只是最大熱效率提升，Skyactiv-X 的高效率工作區(qū)域被大幅擴(kuò)寬，意味著實(shí)際中的綜合熱效率也會(huì)顯著提高。動(dòng)力方面，受益于高達(dá) 16:1 的高壓縮比，Skyactiv-X 的低轉(zhuǎn)速扭矩提升了 10~30%(類(lèi)似柴油機(jī)扭矩大的特點(diǎn))，最大功率相比上代增加了 14%。

作為一款剛剛投入使用的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，Skyactiv-X 當(dāng)然也存在著一些需要時(shí)間檢驗(yàn)的疑問(wèn)。一方面，對(duì)于國(guó)內(nèi)油品的適應(yīng)能力還沒(méi)有答案;另一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)控制壓燃的長(zhǎng)期可靠性尚待驗(yàn)證。另外，對(duì)于壓燃時(shí)機(jī)的控制，是否真的保證了 NVH(振動(dòng)和噪音)表現(xiàn)不輸同級(jí)別普通汽油車(chē)，也是需要等到 Skyactiv-X 實(shí)車(chē)到來(lái)才有答案。

不過(guò)至少，在去年下半年開(kāi)始交付 Skyactiv-X 車(chē)型的歐洲市場(chǎng)，對(duì)新發(fā)動(dòng)機(jī)的接受程度超出了馬自達(dá)預(yù)期。CEO 青山康弘去年接受《Automotive News Europe》采訪時(shí)透露，歐洲的兩款主力車(chē)型馬自達(dá) 3 和 CX-30，分別有 60% 和 45% 訂單選擇了更貴的 Skyactiv-X 發(fā)動(dòng)機(jī)。以德國(guó)為例，Skyactiv-X 版馬自達(dá) 3 起售價(jià) 2.629 萬(wàn)歐元，而選擇原有的 Skyactiv-G 發(fā)動(dòng)機(jī)只需 2.379 萬(wàn)歐元。

44% 還不是內(nèi)燃機(jī)的終點(diǎn)。在 Skyactiv-X 之后，馬自達(dá)正在研發(fā)第三代 Skyactiv-3。在 Skyactiv-X 攻克了稀薄壓燃后，下一代 Skyactiv-3 的重點(diǎn)，據(jù)傳聞將包括副燃燒室和絕熱燃燒技術(shù)。Skyactiv-3 的目標(biāo)是在前代(Skyacitv-X)基礎(chǔ)上提高 27%，即熱效率 56%(純內(nèi)燃機(jī)效率)。如果再加上 48V 這樣的微混動(dòng)技術(shù)，熱效率完全可能逼近 60%。

熱效率 50~60%，和電動(dòng)車(chē) 80~90% 的能量轉(zhuǎn)化效率一比，好像也還是不老給力?但倘若你把電廠發(fā)電和傳導(dǎo)效率算進(jìn)來(lái)，再考慮一下鋰電池生產(chǎn)回收中的排放，再琢磨一下燃油車(chē)的續(xù)航、補(bǔ)能速度、無(wú)電池衰減等優(yōu)勢(shì)，當(dāng)燃油車(chē)(都不是混動(dòng)哦)的熱效率來(lái)到 50~60%，純電動(dòng)車(chē)還能說(shuō)自己有多大優(yōu)勢(shì)?

東瀛寶馬，申請(qǐng)轉(zhuǎn)正?

Skyactiv-X 在海外裝車(chē)交付不足一年，國(guó)內(nèi)則要等到 2020 年下半年。但屆時(shí)，搞定了技術(shù)問(wèn)題的馬自達(dá)，將面對(duì)一個(gè)技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題，價(jià)格。

目前在售的馬自達(dá) Skyactiv-G 車(chē)型，成本及定價(jià)已顯偏高，間接導(dǎo)致了馬自達(dá)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)逐漸遠(yuǎn)離主流淪為二線品牌。而搭載 Skyactiv-X 壓燃發(fā)動(dòng)機(jī)的馬自達(dá) 3(國(guó)內(nèi)昂克賽拉)，國(guó)產(chǎn)后預(yù)計(jì)售價(jià)可能會(huì)逼近 20 萬(wàn)元。對(duì)于馬自達(dá)這樣的品牌、馬 3 這樣的家用車(chē)來(lái)說(shuō)，這無(wú)論如何都顯得過(guò)于高了。

花了那么大代價(jià)開(kāi)發(fā)出的先進(jìn)高效發(fā)動(dòng)機(jī)，好像并不匹配馬自達(dá)目前的品牌定位?；蛘邠Q句話講，這不應(yīng)該是馬自達(dá)這樣一家體量小、定位大眾的汽車(chē)品牌該干的事。

2019 年 3 月，馬自達(dá)照例公布了自己的上一年度財(cái)報(bào)，其中一張中期規(guī)劃 ppt 讓業(yè)內(nèi)人士紛紛驚掉下巴：馬自達(dá)正在研制直列六缸(至少 3.0L 的大排量)Skyactiv-X 發(fā)動(dòng)機(jī)，并且是一臺(tái)用于后驅(qū)車(chē)的縱置直六。這其中，還提到了“品牌高端化”的字眼(brand value improvement)。

直六、縱置、后驅(qū)，這是標(biāo)準(zhǔn)的寶馬配方!而在日系品牌中相對(duì)強(qiáng)調(diào)駕控的馬自達(dá)，又素有“東瀛寶馬”之稱(chēng)。當(dāng)正經(jīng)德國(guó)寶馬開(kāi)始轉(zhuǎn)向四缸和前驅(qū)，“寶馬”反倒要“轉(zhuǎn)正”了

馬自達(dá)的高端化計(jì)劃，不是空穴來(lái)風(fēng)，更不是打嘴炮過(guò)嘴癮。隨后的幾個(gè)月，有關(guān)馬自達(dá)全新直六 Skyactiv-X 引擎、前置后驅(qū)底盤(pán)、縱置 8 速自動(dòng)變速箱的專(zhuān)利紛至沓來(lái)。馬自達(dá)不久前也宣布，將集中精力研發(fā)新一代馬自達(dá) 6，在 2022 年前不會(huì)再推出任何其他新車(chē)型。傳言基本實(shí)錘：新馬 6 將從目前的橫置前驅(qū)“買(mǎi)菜車(chē)”，轉(zhuǎn)向高端化運(yùn)動(dòng)化的縱置后驅(qū)車(chē)，甚至還可能會(huì)有一輛新的雙門(mén)跑車(chē)作為 RX-8 后繼。

當(dāng)年那個(gè)“坐馬自達(dá)難怪塞車(chē)”的品牌，如今竟然打算和奔馳寶馬掰手腕，難免讓人們吃驚。不過(guò)仔細(xì)一想，馬自達(dá)與豐田的合作關(guān)系，其實(shí)已經(jīng)隱約為前者的高端化鋪上了一層保護(hù)網(wǎng)。

2017 年，豐田與馬自達(dá)達(dá)成交叉持股協(xié)議，豐田取得了約 5% 的馬自達(dá)股份，雙方在生產(chǎn)制造在內(nèi)的領(lǐng)域進(jìn)行全面合作。2019 年，媒體曝出，豐田正計(jì)劃為旗下雷克薩斯品牌的高端車(chē)型，配備馬自達(dá)開(kāi)發(fā)中的直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)。此時(shí)正值馬自達(dá)六缸后驅(qū)專(zhuān)利滿天飛之際，而豐田剛剛與寶馬合作推出了搭載寶馬直六發(fā)動(dòng)機(jī)的新跑車(chē) Supra。那么如果豐田日后只打算從別家獲取高性能發(fā)動(dòng)機(jī)，同屬日系的合作伙伴馬自達(dá)，總要比寶馬來(lái)得合適一些。

有豐田與雷克薩斯作為“保底”措施，馬自達(dá)得以更自如地投入到直六 Skyactiv-X 發(fā)動(dòng)機(jī)、前置后驅(qū)平臺(tái)等高端技術(shù)上面，而不必過(guò)多擔(dān)心高端化嘗試初期沒(méi)人買(mǎi)賬。當(dāng)然潛藏的隱患和挑戰(zhàn)是，高端化后的馬自達(dá)如何與雷克薩斯之間做好差異化，避免合作雙方的內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)。

不是一個(gè)人，不止一種機(jī)

馬自達(dá)是在汽油機(jī)路線上，走得最堅(jiān)決的一個(gè)，但也并不是唯一一個(gè)。其他幾家日系車(chē)企，也在電動(dòng)化之余進(jìn)行著未來(lái)終極內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。比如豐田和本田看好副燃燒室技術(shù)，這是一種低成本增加熱效率的方法;日產(chǎn)在實(shí)現(xiàn)了可變壓縮比的 VC-Turbo 發(fā)動(dòng)機(jī)后，也在稀薄燃燒領(lǐng)域進(jìn)行過(guò)預(yù)研。

但只有馬自達(dá)，將大部分精力都放在了 Skyactiv 系列高效內(nèi)燃機(jī)上。與其說(shuō)是馬自達(dá)對(duì)內(nèi)燃機(jī)更有情懷、技術(shù)更強(qiáng)大，不如說(shuō)是馬自達(dá)船小好掉頭——像豐田這樣的巨頭想如此孤注一擲，幾乎是不可能的事。所以只有馬自達(dá)在這條沒(méi)人敢走的路上，一個(gè)人一條路走到黑。

汽油車(chē)努力起來(lái)：真沒(méi)電動(dòng)爹什么事兒

(馬自達(dá)對(duì)未來(lái)的預(yù)測(cè)，內(nèi)燃機(jī)和混動(dòng)到 2035 年仍是主流)

不過(guò)，千萬(wàn)別以為我們講了半天內(nèi)燃機(jī)，就等于認(rèn)定電動(dòng)車(chē)沒(méi)戲。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)熱效率發(fā)展到 50~60%，也就基本來(lái)到了理論極限。但對(duì)于電動(dòng)車(chē)來(lái)講，長(zhǎng)期來(lái)看真正限制其環(huán)保程度的主要因素，其實(shí)是整個(gè)電網(wǎng)的可持續(xù)能源占比。

內(nèi)燃機(jī)熱效率可以看到極限，而可持續(xù)能源占比的提升空間還很大。雖然目前發(fā)電(尤其是國(guó)內(nèi))主要還是靠熱電，但可持續(xù)清潔能源發(fā)電的比例會(huì)越來(lái)越高。燃油車(chē)是不可能隨著電網(wǎng)日漸清潔化而節(jié)能減排的，但電動(dòng)車(chē)可以。地球上每豎起一座新的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、一塊新的光伏面板，你的電動(dòng)車(chē)清潔程度就增加了一分，而你的燃油車(chē)與此沒(méi)有一點(diǎn)關(guān)系。

只是，這個(gè)過(guò)程也許會(huì)比一些人想象中，來(lái)得慢一些、復(fù)雜一些。如果看很遙遠(yuǎn)的未來(lái)，電動(dòng)車(chē) 100% 會(huì)取代內(nèi)燃機(jī)汽車(chē);但如果要說(shuō)當(dāng)下以及近未來(lái)，繼續(xù)提升內(nèi)燃機(jī)熱效率，至少仍是一種非常值得嘗試的方向。馬自達(dá) 37% 和 44%，豐田的 40% 和 41%，都是目前世界上第一流的高效發(fā)動(dòng)機(jī)。而目前市面上的主流家用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，最大熱效率不過(guò) 30% 上下，綜合熱效率大概只有 20% 多，提升空間至少還有一半多。

走進(jìn) 2020 年代，當(dāng)汽油都可以壓燃了，你還有什么理由不努力?