向燃效50%進(jìn)發(fā) 第二代創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)啟動(dòng)

就像《EVA》中，碇源堂畢生執(zhí)著于“人類補(bǔ)完計(jì)劃”。在汽車界也有著堅(jiān)持己見，特立獨(dú)行的車企，馬自達(dá)。2010年，在那個(gè)全民熱捧渦輪增壓的時(shí)代，馬自達(dá)毅然決然宣布了“創(chuàng)馳藍(lán)天計(jì)劃”。雖然其創(chuàng)造的14:1壓縮比以及30%以上的熱效率，在業(yè)內(nèi)可謂無出其右，但這卻未能阻擋大渦輪增壓的浪潮。五年過去了，曾經(jīng)的日系自吸小伙伴均轉(zhuǎn)投渦輪陣營，唯有馬自達(dá)仍堅(jiān)守陣地，并邁出了SKYACTIV GEN 2的腳步！

向第二代邁進(jìn)，為100周年慶生

2015年4月，馬自達(dá)在財(cái)報(bào)說明會(huì)上，公布了將創(chuàng)馳藍(lán)天升級(jí)至第二代的藍(lán)圖。其設(shè)想是在初代基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率，將融合頂級(jí)燃燒技術(shù)和電動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)18:1壓縮比以及50%熱效率的終極目標(biāo)。具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)如下：2016-2018年度開始投入使用；2019年全面普及；2020年熱效率達(dá)到50%。值得一提的是，2020年正值馬自達(dá)品牌成立100周年，而這第二代創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)將會(huì)是最好的百歲生日禮物。

從世界第一到下一個(gè)世界第一

如果你看過我之前寫的《豐馬合體》，那你一定了解目前世界最高熱效率汽油機(jī)為38%。而那便是豐田與馬自達(dá)共創(chuàng)的杰作（老實(shí)說，個(gè)人感覺馬自達(dá)貢獻(xiàn)更大）。拿到世界第一之后，馬自達(dá)并不滿足于此，誓要將熱效率提升至50%，成為下一個(gè)世界第一。那么這12%的熱效率到底怎么提升？馬自達(dá)放出了三個(gè)大招，HCCI（均質(zhì)稀薄壓燃技術(shù)）、可變壓縮比、燃料改質(zhì)。

我讀書多不會(huì)騙你，未來燃燒技術(shù)新寵，HCCI

首先讓我們先了解下什么是HCCI。簡單來說，HCCI就是一種通過壓燃點(diǎn)火的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。好處是不再需要火花塞的點(diǎn)燃，使燃燒分布更均勻，消除了火焰擴(kuò)散中的能量損失。此外，由于HCCI采用壓縮點(diǎn)燃的方式，因此可以直接通過調(diào)節(jié)噴油量來調(diào)節(jié)扭矩，不再需要節(jié)氣門，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失顯著降低。

泵氣損失什么鬼？

首先來講，泵氣損失是發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中的五大損失之一。此外還包括有不完全燃燒的損失、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的損失、活塞上下運(yùn)動(dòng)的機(jī)械損失、廢氣排出的排氣損失。詳細(xì)請見下圖：

其實(shí)通過字面意思我們大概都能理解個(gè)一二，但泵氣損失就不那么容易好理解了。我們都知道，發(fā)動(dòng)機(jī)工作需要四個(gè)沖程，進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣。其中克服進(jìn)排氣阻力的能耗就叫泵氣損失。這也就是為什么HCCI在省去節(jié)氣門之后，大幅降低泵氣損失的原因。好了，在小做補(bǔ)習(xí)之后，讓我們言歸正傳。

既然好處那么大，為什么沒有普及？

其實(shí)HCCI技術(shù)在上世紀(jì)90年代初便被人提出并開始實(shí)驗(yàn)，雖然優(yōu)勢明顯，但其不足之處也很令人頭疼。綜合考量下，大部分車企均放棄了該技術(shù)。別說普及了，甚至大部分人都沒聽說過HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)。那么究竟HCCI有哪些不足？

首先，容易產(chǎn)生爆震。由于采用壓燃的方式，瞬時(shí)氣缸和活塞會(huì)受到強(qiáng)大的壓力，很容易產(chǎn)生氣缸爆震。

其次，轉(zhuǎn)速區(qū)間狹小。與柴油車類似，同樣采用壓燃點(diǎn)火的HCCI發(fā)動(dòng)機(jī)也面臨著轉(zhuǎn)速拉不高，功率較小等問題。

第三，電氣化配合程度高。由于氣缸溫度、壓力以及油氣混合氣的密度都需要進(jìn)行精確的檢測和控制，所以這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的管理和其他電子控制技術(shù)的運(yùn)用就提出了更高的要求。

當(dāng)然，以上這些弊端是HCCI問世之初所面臨的三座大山。時(shí)至今日，馬自達(dá)再次披掛上陣，重拾起時(shí)隔多年的HCCI技術(shù)。那么馬自達(dá)是如何解決這三大問題？下面就要引出第二個(gè)大招——可變壓縮比！

說到HCCI技術(shù)由于采用壓燃的方式，使發(fā)動(dòng)機(jī)面臨著轉(zhuǎn)速拉不高，功率較小等問題。為解決此弊端，馬自達(dá)想出了可變壓縮比的方法。事實(shí)上在目前使用的第一代創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)中，馬自達(dá)便已使用了可變壓縮比技術(shù)。具體措施是運(yùn)用了兩種循環(huán)方式，奧托循環(huán)和米勒循環(huán)。

在一代創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)中，馬自達(dá)通過對(duì)進(jìn)排氣門開閉時(shí)間的控制，在奧托和米勒兩種循環(huán)間切換。在高負(fù)載工況下（如爬坡、加速超車等）采用壓縮比13的奧托循環(huán)；而在其余工況下則采用壓縮比小于13的米勒循環(huán)。所以說13:1高壓縮比只在極少數(shù)情況下才會(huì)被用到。不過這種情況在第二代中將會(huì)有所改善。

首先我們發(fā)現(xiàn)，在采用HCCI技術(shù)后，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率得到了顯著提升，尤其是在中低轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，應(yīng)對(duì)車輛怠速以及擁堵路況中蠕行階段。此外，基于HCCI壓燃的特性，在低扭時(shí)也能爆發(fā)出強(qiáng)大扭矩，相信在起步階段會(huì)有質(zhì)的飛越。這樣的設(shè)定顯然要比GEN 1僅在高負(fù)載工況下使用高壓縮比要實(shí)用的多。

那么在高轉(zhuǎn)速下，還能持續(xù)使用18:1壓縮比嗎？

很遺憾，答案是否定的。因?yàn)樵诟咿D(zhuǎn)速下，HCCI氣缸溫度會(huì)高居不下，在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)下很容易使發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。道理與柴油車類似。因此，第二代馬自達(dá)創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)并不會(huì)完全實(shí)現(xiàn)HCCI，常規(guī)點(diǎn)火系統(tǒng)也將會(huì)保留，HCCI只有在部分工況時(shí)才會(huì)使用。而在高轉(zhuǎn)速下采用哪種循環(huán)，以及壓縮比會(huì)降到多少，官方并未透露。不過可以肯定的是，這一切的一切都將對(duì)VVT（可變氣門正時(shí)技術(shù)）提出了更高要求。

VVT技術(shù)，經(jīng)歷多年的發(fā)展如今已出現(xiàn)過DVVT（進(jìn)排氣可變氣門正時(shí)）、VVT-i（智能可變氣門正時(shí)）、VVT-iW（可變氣門正時(shí)智能廣角）以及最新的VVT-iE（電控可變氣門正時(shí)）。相比于普通的液壓VVT技術(shù)，由電機(jī)控制的VVT-iE響應(yīng)速度更快、控制更精確，而且可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)。

細(xì)心觀察的網(wǎng)友可以看到，馬自達(dá)這套電動(dòng)VVT系統(tǒng)選自的是日本電裝（DENSO）產(chǎn)品。馬自達(dá)在與豐田簽署戰(zhàn)略合作之后，相信會(huì)對(duì)電裝產(chǎn)品的采購成本有所降低，而這節(jié)省出來的資金或?qū)⑼度氲较乱淮妱?dòng)VVT技術(shù)的研發(fā)當(dāng)中。

圖片由大眾汽車提供

小貼士：電裝DENSO是世界第二大汽車零部件供應(yīng)商，在日本汽車零部件領(lǐng)域中更是無人能及。雖然電裝早在1949年便從豐田株式會(huì)社獨(dú)立出來，不過時(shí)至今日，豐田仍有約25%的股份，是電裝最大股東。

小結(jié)：其實(shí)關(guān)于可變壓縮比而言，遠(yuǎn)不止切換發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)這么簡單，還可以通過改變活塞連桿長度、改變曲軸與氣缸頂端間距甚至采用非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)等方案來實(shí)現(xiàn)可變壓縮比。不過就目前的車企科技水平而言，尚未有一家拿得出成熟可靠的可變壓縮比解決方案。甚至有人說這是汽車圈內(nèi)最難產(chǎn)的技術(shù)。

不過馬自達(dá)表示，我還有一個(gè)大招沒放呢！

說到燃料改質(zhì)，其實(shí)就是讓你用除了汽柴油以外的其他燃料驅(qū)動(dòng)汽車。目前來講包括有使用鹽水驅(qū)動(dòng)、空氣驅(qū)動(dòng)（氮?dú)猓?、氫氣?qū)動(dòng)以及太陽能驅(qū)動(dòng)等（詳細(xì)請點(diǎn)，“除了加油還能加什么？各色新能源車盤點(diǎn)”）。而說回馬自達(dá)，其燃料改質(zhì)又是什么呢？沒錯(cuò)，是氫氣。其原因有二。

其一，還是因?yàn)镠CCI技術(shù)。此前說過，HCCI采用壓燃的方式工作，這勢必會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸處在高溫高壓的環(huán)境下，爆震幾率大大增加。而氫氣的燃點(diǎn)低、可燃性高，可大大降低氣缸內(nèi)壓燃時(shí)的溫度，降低爆震發(fā)生幾率，從而拓寬了HCCI技術(shù)所適用的轉(zhuǎn)速范圍。

其二，還是因?yàn)榕c豐田合作。上頁說到，馬自達(dá)與豐田合作或?qū)⒔档筒少廌ENSO電裝產(chǎn)品成本，而另一大合作目的在于，馬自達(dá)垂涎豐田FCV氫燃料電池很久了。

小貼士：豐田Mirai是世界首款量產(chǎn)并上市銷售的燃料電池汽車（現(xiàn)代Tucson FCV雖然登陸市場更早，但是以租賃的方式對(duì)外銷售），Miral售價(jià)約723.6萬日元（約合人民幣37.5萬元）。Mirai的動(dòng)力系統(tǒng)主要由燃料電池組、交流電機(jī)和儲(chǔ)氫罐組成，最大功率114kW，峰值扭矩335Nm，續(xù)航里程502km，氫燃料加注僅需3分鐘，最重要的是它排放的只有水蒸氣！

其實(shí)馬自達(dá)在過去的幾年中，一直嘗試獨(dú)自開發(fā)氫能源動(dòng)力，并有意將其應(yīng)用在消失已久的轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)上。不過也許是因?yàn)榧夹g(shù)局限的因素，最終決定與豐田汽車合作共享其燃油汽車技術(shù)。馬自達(dá)社長小飼雅道在記者會(huì)上表示，“將借豐田之力，提高SKYACTIV的價(jià)值”。在必要時(shí)，馬自達(dá)還有可能借用豐田預(yù)定2015年底推出的新一代“普銳斯”混合動(dòng)力系統(tǒng)，以及2014年12月上市的全球首款量產(chǎn)型燃料電池車（FCV）“MIRAI”的技術(shù)。

而豐田公司也急需拉幫結(jié)派，來共同對(duì)抗以特斯拉為首的純電動(dòng)車聯(lián)盟。為此，豐田公司于2015年1月無償對(duì)外公開了5680個(gè)燃料電池相關(guān)專利，奉獻(xiàn)出自己潛心研究23年之久的畢生絕學(xué)，以此來壯大“氫能源部落”的陣營。

不過馬自達(dá)表示，并不會(huì)將第二代創(chuàng)馳藍(lán)天技術(shù)完全打造成氫能源燃料電池車，仍是以發(fā)動(dòng)機(jī)為中心推進(jìn)性能強(qiáng)化。只不過會(huì)借鑒新能源車在電動(dòng)化管理上的先進(jìn)技術(shù)，如智能啟停和制動(dòng)力回收等功能。

與其他車企直接采購汽車零部件制造商（如博世、德爾福）不同，“i-stop”則是由馬自達(dá)獨(dú)立開發(fā)而來，專門針對(duì)創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)配合使用。和一般“Stop&Start”發(fā)動(dòng)機(jī)啟停系統(tǒng)最大的區(qū)別在于，“i-stop”并不是依靠電動(dòng)啟動(dòng)機(jī)來重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，而是世界首次采用預(yù)先控制活塞停止位置的電控技術(shù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)重新點(diǎn)火的初始階段即通過燃料噴射進(jìn)行燃燒來重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)。

第1步，i-stop啟動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)作，節(jié)氣門打開，活塞內(nèi)充滿空氣，為下一步點(diǎn)火做準(zhǔn)備。

第2步，在發(fā)動(dòng)機(jī)停止過程中，交流發(fā)電機(jī)進(jìn)行輔助控制，將活塞停在目標(biāo)位置。

第3步，發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)運(yùn)作，主要通過點(diǎn)火膨脹，同時(shí)啟動(dòng)電機(jī)起一個(gè)輔助作用。

第4步，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常循環(huán)工作。

馬自達(dá)i-stop的精髓在于能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)作后，自動(dòng)調(diào)節(jié)活塞位置，為發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)最佳燃燒。為此馬自達(dá)采用了多種先進(jìn)技術(shù)，例如可精確控制發(fā)動(dòng)機(jī)熄火時(shí)活塞停止位置的“活塞停止位置電子控制”、保持燃燒室內(nèi)空氣清潔的“燃燒室排氣電子控制”等等。這些均需要強(qiáng)大的電氣化技術(shù)的加持，而在第二代創(chuàng)馳藍(lán)天計(jì)劃中，馬自達(dá)將配備更先進(jìn)的電氣化技術(shù)。

寫在最后：從40年前堅(jiān)持己見推行轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，到如今突破瓶頸創(chuàng)造超高壓縮比的創(chuàng)馳藍(lán)天，以及未來目標(biāo)燃效達(dá)到50%的最終夙愿。馬自達(dá)用一個(gè)接一個(gè)驚詫世人的舉動(dòng)，堅(jiān)持著自己追求最佳燃燒效率的造車初心?；蛟S有人會(huì)說，馬自達(dá)太過小眾，技術(shù)太過瘋狂。確實(shí)如此，但我更愿意用“偏執(zhí)狂”來形容馬自達(dá)。而這個(gè)世界只有偏執(zhí)狂才能生存，難道不是嗎！