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极致压榨,Mazda“人马合一”的配方

By 茶丸星 •  2018-06-04 21:18 •  10次点击 短消息

马自达的独立性和勇气值得尊敬。在压榨传统内燃机极限的路线上,他们又一次走在了业界前列。作为深入探讨,我们来到马自达位于日本山口县的美祢试车场。这里的跑道有3.3公里长,曾经是专业赛车场,而数辆Mazda SKYACTIV-X技术试装车就摆在我们面前。


大多数主流汽车制造商都为未来的电动车发展规划了宏伟蓝图。面对这个领域许多并未解决的问题,例如电池回收等,马自达明确提出了自己的路线,即尽可能提高传统发动机的工作效率,在近期内完全实现零排放尚不现实的时候,将传统动力车型的用户驾驶体验和燃油经济性提升到最佳状态。于是,更高效的SKYACTIV-X发动机诞生了。



视频 / 马自达 SKYACTIV-X 技术 ▲ 



成果决定论



马自达的总体战略是到2030年,将企业平均二氧化碳排放量与2010年相比减少50%,到2050年减少90%。其中,SKYACTIV-X发动机将是重要的技术环节。SKYACTIV-X发动机的燃烧方式叫做“火花控制压燃点火”。简单解释,就是它扩大了压燃点火的操作范围,同时可以完全控制两种不同燃烧类型间的切换。结果上,与创驰蓝天汽油发动机“SKYACTIV-G”相比,“SKYACTIV-X”扭矩可提高约10-30%,燃油经济性可以提高约20-30%,其成本大致介于现款创驰蓝天汽油机和柴油机之间。

按照马自达的观点,汽车公司用一些所谓的“绿色汽车”来冲抵其他传统汽车油耗的做法不尽合理。为什么不能让自己制造的每一辆汽车都更加高效?马自达认真做事的风格在SKYACTIV-X发动机的研发上体现得淋漓尽致。在他们看来,内燃机仍将是未来相当长一段时间内汽车动力系统的重要组成部分,而“SKYACTIV-X”的革命性突破,将使行业和消费者对传统发动机的认知有较大改变。同时,马自达不会停止发展脚步,而是在此技术基础上,进一步研发插电式混合动力车和电动车,包括与丰田共同开发电动汽车技术。



跨越鸿沟



关于汽油压燃点火的报道有过很多。早年通用、现代等不少企业都对类似技术进行过研究。不过,将其真正投入规模量产,马自达是第一家。那些大牌企业出于自身考虑,如产品优势或者成本因素等放弃了项目,但马自达显然认为这一切都是值得的。


在传统意义上,火花点火和压燃点火之间存在着鸿沟,而马自达“SKYACTIV-X”的每次压燃点火却都是通过火花塞启动的,所以叫做“SPCCI”(火花控制压燃点火)。实际上,这是一项创举,而且,跟那些没有付诸实践的公司相比,马自达的配方并没有多么复杂。


马自达现款创驰蓝天汽油发动机“SKYACTIV-G”是通过高压缩比来提升燃烧效率。根据热效率理论,“SKYACTIV-X”的研发方向是提高比热比,实现汽油机的稀薄燃烧,即将“14.7:1”的理论空燃比提高2倍以上。


那么问题来了,当空燃比超过30,火花点火时火焰无法传播,混合气无法燃烧。此时,如果创造合适的高温、高压条件,混合气便可以通过压燃实现燃烧。理论如此,实际操作却有很大问题。通常,压燃点火的适用范围仅限于低转速和轻负载的运行情况,且范围会根据操作状态而发生变化。同时,由于仅有少数区域能够进行压燃点火燃烧,火花点火和压燃点火的无缝切换很难实现。

通过特殊设计,马自达的“火花点火控制压燃点火”可以将压燃点火的适用范围扩大到所有运行领域,火花塞的使用又实现了压燃点火与火花点火的无缝衔接。为此,在硬件上,马自达使用了新型活塞、支持压燃点火的超高压燃油喷射系统、高响应空气供应装置以及用于控制缸内压力的传感器等设备。


SKYACTIV-X发动机工作时,在一定压缩比前提下,火花点火会引起局部燃烧,产生膨胀火焰球,通过火焰球的推动,产生合适条件,从而实现压燃点火。在不同工况下,通过控制火花塞点火时机,可以实现对燃烧室内的最佳压力和温度控制。在难以压燃点火的区域,也能够直接通过火花点火。马自达设计的整个系统结构并不复杂,对成本控制会有好处。另外,马自达的“SKYACTIV-X”还会对燃油混合气进行分配控制,使混合气浓度适宜,不会产生过多的NOx气体。



极致压榨的乐趣



怀揣着浓厚兴趣,我们分别驾驶搭载现款“SKYACTIV-G”发动机的车辆和“SKYACTIV-X”技术试装车驶上了赛道。后者车内装有一个平板电脑,用以显示发动机工作状况。发动机共有三种工作模式,一种是火花点火,另外两种是压燃点火。在火花点火和压燃点火方式转换之间,驾驶者不观察显示器是无法察觉的。其中,第三种方式出现几率很小,根据反复观察,几乎就是在减速收油那一刻才会出现。据马自达工程师介绍,这是“SPCCI”的更高阶段,此状态下,车辆的动力表现和燃油经济性会更出色,预计明年在中国市场投放的产品应该能够达到这个水平。


由于设计上的改变,“SKYACTIV-X”的进气阻力减小,大量空气可以“无延迟”进入气缸,因此,车辆动力响应更快。试装车的实际赛道表现也是如此,特别是自动挡车型体现得更明显一些。驾驶过程中,车辆低挡位扭矩表现有所提升,手动挡车型的2、3挡低速加速十分有力,与对比车型差别较大。此外,车辆中途加速能力同样不俗,有后劲十足的感觉。马自达工程师甚至为这款SKYACTIV-X发动机设计了专用的发动机“胶囊”。用特殊材料制成的“胶囊”将发动机从几个方向包裹起来,此设计有助于启动后迅速热车,使发动机更快达到最佳工作状态。同时,发动机的震动和噪音也得到很大程度抑制。对于机器的散热问题,在设计上自然有专门考虑。而且,这个结构还可以节约不少成本。





 #油门到底#  理论上,“SKYACTIV-X”在燃油经济性上的成就更为惊人,在工程上迈出了一大步。马自达的中长期目标就是在这样技术的基础上,进一步发展电动化技术。看起来,路线“十分可控”。不过,“SKYACTIV-X”远不是“创驰蓝天”的全部,稍后,我们还会探讨一番马自达在车辆架构开发上的心得。不断提升驾驶的愉悦感,才是“创驰蓝天”矢志不渝要做的功课,毕竟,这个品牌叫做“Mazda”。



 -END- 


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