爆發(fā)吧壓縮比！自然吸氣的涅槃重生

隨著(zhù)排放法規的日益嚴苛，為了避免交出巨額罰款，汽車(chē)制造商們都在爭先恐后地推出混合動(dòng)力車(chē)、電動(dòng)車(chē)，而對于傳統的內燃機汽車(chē)來(lái)說(shuō)，也越來(lái)越傾向于小排量、渦輪增壓等發(fā)展方向了。在這樣的大環(huán)境下，自然吸氣發(fā)動(dòng)機的身影已經(jīng)越來(lái)越少。如果說(shuō)有誰(shuí)還是自然吸氣的忠實(shí)擁躉的話(huà)，那么以轉子發(fā)動(dòng)機起家的馬自達絕對算得上一個(gè)。

2010年，馬自達提出了創(chuàng )馳藍天技術(shù)（Skyactiv Technology）。這項技術(shù)以自然吸氣發(fā)動(dòng)機為主體，主攻方向為提高燃油效率，輔以對變速箱、底盤(pán)和車(chē)身結構的優(yōu)化，降低傳動(dòng)過(guò)程中的能量損耗。

一個(gè)中心：自然吸氣

對于自然吸氣發(fā)動(dòng)機而言，如果想降低碳排放，提高燃油效率，只有兩個(gè)路子，一是提高發(fā)動(dòng)機本身的燃燒效率，能夠在等量的燃油上壓榨出更多的動(dòng)能輸出；另外一個(gè)就是降低各種不必要的能量消耗，比如對傳動(dòng)系統進(jìn)行優(yōu)化，提高實(shí)際的能量轉換率，或者是車(chē)身結構的輕量化等。

馬自達的創(chuàng )馳藍天技術(shù)就是從這兩個(gè)角度出發(fā)，于發(fā)動(dòng)機上提高燃燒效率，再在發(fā)動(dòng)機——變速箱——底盤(pán)這個(gè)傳動(dòng)系上降低能量在傳遞過(guò)程中的消耗，其他的還有諸如車(chē)身的輕量化設計等。最終的結果也是相當驚人，比如去年國產(chǎn)化的CX-5兩驅版本和國內第一款使用創(chuàng )馳藍天技術(shù)的2.0升自動(dòng)擋ATENZA，都達到了百公里綜合油耗6.6升，遠遠超過(guò)了同級別的車(chē)。

一代創(chuàng )馳藍天技術(shù)

在《“動(dòng)力新王牌”系列之七：馬自達創(chuàng )馳藍天技術(shù)》一文中，車(chē)云菌詳細介紹了創(chuàng )馳藍天發(fā)動(dòng)機在不使用渦輪增壓的情況下達到如此高效的秘密。高達14的壓縮比，不走尋常路的4-2-1的排氣系統，雖然在性能上有所犧牲，但是配合著(zhù)活塞、點(diǎn)火正時(shí)以及發(fā)動(dòng)機自身輕量化的設計，在經(jīng)濟性上的提升是相當明顯的。

但是，即便是這樣，也難以滿(mǎn)足歐盟定下的新車(chē)平均碳排放目標——2020年達到95克/公里、2025年達到65克/公里。所以，馬自達的工程師們也在醞釀著(zhù)下幾代創(chuàng )馳藍天技術(shù)的發(fā)展方向。

兩個(gè)基本點(diǎn)：高壓縮比

2014年開(kāi)年不久，馬自達的動(dòng)力開(kāi)發(fā)總監人見(jiàn)光夫揭露了下一代技術(shù)的研發(fā)計劃：“第二代創(chuàng )馳藍天發(fā)動(dòng)機預計在2020年問(wèn)世，與第一代相比，第二代發(fā)動(dòng)機的燃油經(jīng)濟性將至少提升30%?！?/P>

我們都知道，馬自達的工程師們讓第一代創(chuàng )馳藍天發(fā)動(dòng)機成為世界上壓縮比最高的汽油機——高達14。即便是因為中國的燃油品質(zhì)問(wèn)題，國產(chǎn)的ATENZA和CX-5上的壓縮比有所降低，僅為13，但是也要比SUV上12左右的壓縮比要高了，在一般的轎車(chē)發(fā)動(dòng)機上，根據排量大小，壓縮比也僅為8-10。

顯然，工程師們對于這一數據并不滿(mǎn)足。人見(jiàn)光夫表示，在第二代創(chuàng )馳藍天的發(fā)動(dòng)機上，壓縮比的目標是18。

提高壓縮比，即代表汽油機的壓縮進(jìn)程結束之后，混合氣的溫度和壓力也就更高，在燃燒過(guò)程中，能夠釋放出的熱能也就更多，即是在消耗等量燃油的情況下，產(chǎn)生的能量更多。這樣，即便從熱能到機械能的轉換過(guò)程中的轉換比率不變，發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生的動(dòng)力也會(huì )增多。因此，提高壓縮比，相當于提高了能量的基數，從根本上增加了發(fā)動(dòng)機輸出的動(dòng)力，也就是提高了燃油的經(jīng)濟性。

但是我們也知道，汽油的抗壓能力是有限的。高標號的汽油抗壓能力高，在高溫下的燃燒傳播速度也較慢，能夠承受較高的溫度和壓力；缸內直噴的加入，讓汽油能夠混合得更均勻，也降低了爆震發(fā)生的可能，但這都不允許壓縮比的無(wú)限增長(cháng)。第一代之所以能達到14的壓縮比，也是在犧牲了部分性能的前提下實(shí)現的。

而繼續將壓縮比提高到18，如果繼續走犧牲性能的路線(xiàn)的話(huà)，也是不現實(shí)的。如果大排量，比如2.5升的發(fā)動(dòng)機，除了碳排放再找不到其他特點(diǎn)，還特別肉的話(huà)，那么還不如選一臺小排量的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機呢。

那么，馬自達的工程師們要如何實(shí)現這個(gè)魔法呢？

兩個(gè)基本點(diǎn)：HCCI

答案就是HCCI。人見(jiàn)光夫在談到提高燃油經(jīng)濟性時(shí)說(shuō)到：“如果我們想要大幅提升燃油效率，唯一途徑就是稀薄燃燒?！彼^稀薄燃燒，就是降低汽油與空氣的混合氣中汽油的組成比例，讓單位體積的汽油能夠產(chǎn)生更高的能量，提升燃油效率。

HCCI，Homogeneous chargecompression ignition，即是均質(zhì)混合氣的壓燃技術(shù)。使用了這項技術(shù)之后，汽油機的燃燒方式就變得與柴油機相同——壓燃。HCCI技術(shù)的核心是均質(zhì)混合氣和壓燃，而要想實(shí)現均質(zhì)混合氣和壓燃，都離不開(kāi)高的壓縮比。

只有氣缸內的壓力足夠高，才能讓混合氣再?lài)娙胫髩嚎s行程結束時(shí)，有足夠的時(shí)間形成均勻分布的混合氣；當然，也只有缸內的壓力和溫度足夠高的時(shí)候，才能在不使用火花塞的情況下達到汽油的燃點(diǎn)，使其燃燒。

由于缸內的是稀薄混合氣，相當于變相地提升了汽油的抗壓能力，在高壓縮比的情況下也不會(huì )產(chǎn)生爆震。因此，HCCI技術(shù)與高壓縮比可謂是相輔相成。人見(jiàn)光夫也在宣告時(shí)表示，二代創(chuàng )馳藍天的主要技術(shù)就是HCCI，高壓縮比只不過(guò)是HCCI的隱性福利，順帶的。

三種不同的燃燒方式

通用曾在2007年到2009年對HCCI技術(shù)進(jìn)行過(guò)研究。奔馳也在2007年推出過(guò)一款名叫DiesOtto（柴油機與汽油機創(chuàng )造者名字的組合）的發(fā)動(dòng)機，同樣使用了HCCI技術(shù)，并配上了渦輪增壓系統，1.8升排量下最大輸出功率為238馬力，最大扭矩可達到400?！っ?。本田和現代，以及零部件供應商博世都傳出過(guò)研究HCCI的消息，但是這項技術(shù)卻一直未被量產(chǎn)應用過(guò)。

這是因為要實(shí)現HCCI，必須解決一些關(guān)鍵技術(shù)上的難點(diǎn)：

一是燃燒時(shí)刻的控制。HCCI要通過(guò)提高氣缸的壓力和溫度使混合氣自燃，那么對混合氣的噴射過(guò)程、氣缸內的溫度和壓力都要進(jìn)行精確的檢測和控制，以保證在壓縮行程結束時(shí)才開(kāi)始燃燒，提前則造成能量的浪費，延遲則會(huì )造成動(dòng)力的滯后，影響輸出平穩性。因此，發(fā)動(dòng)機的ECU管理程序要縝密地進(jìn)行加強。

二是為了避免爆震，HCCI的混合氣都是稀薄混合氣，與常規的汽油機相比，采用HCCI技術(shù)的發(fā)動(dòng)機，排氣的溫度會(huì )相對較低，發(fā)動(dòng)機的最大負荷會(huì )受到限制。當發(fā)動(dòng)機在大負荷高速運轉時(shí)，就可能還必須依靠火花塞進(jìn)行點(diǎn)火。而如果用火花塞進(jìn)行點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機的壓縮比就不能過(guò)高避免出現爆震，這就要求發(fā)動(dòng)機的壓縮比可變。要在技術(shù)上實(shí)現壓縮比可變，發(fā)動(dòng)機的結構會(huì )更加復雜，成本也隨之增加，而且在目前的技術(shù)下，并不能保證穩定性。另外，低排氣溫度對催化轉化器來(lái)說(shuō)也是一個(gè)問(wèn)題，因為需要相當高的溫度才能進(jìn)行氧化/還原反應。

三是HCCI是同時(shí)進(jìn)行壓燃和放熱，氣缸和活塞會(huì )受到強大的瞬間壓力，這就對于發(fā)動(dòng)機的強度和重量有了更高的要求。如果發(fā)動(dòng)機的重量增加過(guò)多，也會(huì )抵消掉一部分好不容易提升了的效率，因此，如何在這兩者之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，也是一個(gè)挑戰。

小結：

看來(lái)，擺在馬自達工程師們面前的難題還不少。在2020年之前，工程師們需要做的不僅是解決這些難題，還要用較低成本的方法去解決。這樣，才有實(shí)現量產(chǎn)的可能。

在二代創(chuàng )馳藍天之后，馬自達的計劃是在2025年推出第三代創(chuàng )馳藍天發(fā)動(dòng)機，三代技術(shù)將會(huì )把重點(diǎn)放在限制燃燒室因排氣和冷卻系統所導致的熱能變化與流失，最終的目標是達到與混合動(dòng)力車(chē)相仿的二氧化碳排放量。

一代創(chuàng )馳藍天發(fā)動(dòng)機在引入國內之后，就因為油品的問(wèn)題打了個(gè)折扣?；蛟S對于渴望見(jiàn)到二代的國產(chǎn)產(chǎn)品的人們而言，工程師們能夠在六年內找到一個(gè)物美價(jià)廉的技術(shù)手段，但是國內的油品卻很難在六年內得到質(zhì)的提升。