马自达百年献礼（六）减排：从氢转子到汽油压燃

马自达百年献礼（六）减排：从氢转子到汽油压燃

最近马自达盯上了藻类生物燃料 ，马自达宣称，藻类生物燃料只会释放出生长时从大气中吸收的二氧化碳并且藻类具有可降解性，对环境危害小，还可以用盐水和废水来制取，不会对淡水资源造成影响。

虽然藻类生物还需要进一步提高生产率和降低成本才能最终商业化，不过马自达预计到2030年旗下95%的汽车仍将继续使用内燃机和混合动力系统；而在2040年之前，液体燃料在汽车行业中将依然保持主导地位。

无独有偶，大众汽车首席技术官马提亚斯·拉贝（Matthias Rabe）近日也表示：“尽管二氧化碳排放的限制越来越严，但随着新型环保燃料的发展，内燃机仍然拥有长久未来。环保燃料来源于自然生物或者其他天然材料，不排放任何二氧化碳或其他污染物，未来很可能在汽车领域使用。另外，电动车笨重的电池或将进一步刺激合成燃料的发展。”

这传达了一个信号，汽车要追求环保并不是要一味否定内燃机，盲目发展电池动力，只要能摆脱对石油的依赖，降低污染的排放，任何实现方式都有意义。

上一篇介绍了马自达的入华辛酸史，这一篇我们聊一下马自达进入二十一世纪以来，在节能减排方面的思考和努力，继续感受马自达那股不妥协的韧劲。

氢转子发动机

转子发动机是马自达呕心沥血的看家手艺，它的优势在于体积小巧，运转平稳，动力输出效率高，但短板是太费油。那么如果不烧油，改用氢燃料呢？

氢燃料有三个巨大的优势：

1、能量密度高。氢是除了核燃料之外发热值最高的燃料，比化石燃料、生物燃料、化工燃料都要高，1克氢燃料能释放出142kJ的热量，是汽油的三倍。

2、清洁无污染。氢燃烧时除生成水和少量氮化氢之外不会产生一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等污染物，而少量氮化氢经过处理后也不会污染环境。燃烧生成的水还可以再用来分解出氢，做到循环使用。

3、自然储量大。氢元素在地球上堪称无处不在，地表、海洋、动植物体内都含有氢。氢在地球上主要以化合物水的形式存在，而地球表面70%的面积为水覆盖，浩瀚的海洋为我们提供了取之不尽用之不竭的氢资源。

氢转子技术解构

关于转子发动机，在第二篇我们已经详细介绍过它的原理和优劣，那么氢转子顾名思义就是在转子发动机的基础上，加入氢燃料供应系统。

后来推出的“马自达5氢转子混合动力车”就解决了以上提及的两大问题。

氢转子为什么没有推广？

实际上二十一世纪伊始，很多汽车厂商都投入了氢能源汽车的研发，比如宝马的氢内燃机，和丰田、通用等公司的氢燃料电池等等。

但是到了2009年左右，不少厂商陆续宣布将减少或停止氢燃料汽车的研发，原因是氢能源理论上很美好，实用化却依然可望不可即。

SKYACTIV-X汽油压燃

其实氢能车和电动车在十九世纪就诞生了，并且都比内燃机汽车更早，但十九世纪人类不论在氢能源还是在电磁学领域的技术实力都非常有限，导致这两种比汽油更适合用来驱动车辆的能源技术一直停滞不前，无法进入民用市场。

在新世纪开始的十年，氢能源应用的研究再次掀起热潮，不过大家失望地发现它依然不具备推广的天时地利人和。因此在第二个十年，电驱动有了空前的发展，绝大多数品牌也已经走上了电动化道路。

但马自达是个偏执狂，就喜欢在燃油机上面钻牛角尖。为了进一步提高发动机热效率，马自达想出了把柴油发动机上的“压燃”用到汽油机上。

那么SPCCI的突破点在哪里？首先我们要先了解一下HCCI均质压燃技术。

HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）——均质压燃。为什么燃料可以被“压”燃，这里就需要复习一下中学物理了。压缩（外力对其做功）可以使得物体内部分子热运动增强，内能增加，温度就会升高。还记得物理老师用一根管子快速压缩，瞬间把管中的羽毛引燃吗？压燃技术正是运用了这个原理，这也是柴油发动机的特性。

HCCI除了能实现很高的压缩比，还能让燃料快速且完全地燃烧，多点大面积同时着火实现稀薄燃烧。没有了传统火花塞点燃火焰的传播延迟过程，压缩点火可以在极短的时间内完成燃烧放热，以提高发动机效率。因此，HCCI是一种非常理想的燃烧模式。

难处在哪儿？HCCI在汽油发动机上很难实现稳定状态，因为燃烧的氧化反应过程复杂，从氧化反应开始，到混合气引燃期间，会有一段从冷焰到热焰的着火延迟。这个着火延迟与缸内温度、压力和燃料浓度都有关系（不同的驾驶条件下，压缩冲程中存在温度和压力的变化），因此HCCI的着火时刻不易控制。

如图所示，HCCI只适合于中低转速的工况，那么能否在其他转速期间用火花塞来点火呢？

可以是可以，但前面说了，HCCI的着火时刻如迷一般难以捉摸，使得火花塞点火时机的把握变得极为困难，因此两种引燃模式之间的切换，无法做到完美的衔接，这就不利于发动机的平稳运转和寿命。

为了实现将混合气先点燃小部分再压燃大部分，SKYACTIV-X发动机采用分段喷油，在进气行程中先喷入少量汽油，点火增压后，继续在压缩行程中再喷入足量的汽油进行压燃。因此分段喷油是一个关键的小细节，它能够降低发动机在高压缩比的设定下，缸内混合气过早爆燃的可能性，大大优化压燃稳定性。

简而言之，火花塞的存在，不是为了点火，而是一个为压燃创造条件的辅助手段。

那么加入了压燃技术的SKYACTIV-X发动机有什么优势？

1、燃油经济性的显着改善

在排量为2.0L的发动机中，创驰蓝天SKYACTIV-X的燃油经济性与SKYACTIV-G相比提高了20%。同时，当长时间处于低速工况，由于使用超级稀薄燃烧，燃油经济性可提高30%。得益于超稀薄燃烧，全新一代马自达3上搭载的SKYACTIV-X热效率已经达到了43%，超越了丰田的41%成为目前世界上热效率最高的汽油发动机。

2、 显着提高输出性能和响应能力

马自达研发汽油压燃图什么？

马自达并不是想秀技能，为了压燃而压燃，SKYACTIV-X的核心在于超稀薄燃烧，压燃是它实现的手段。因为当空燃比超过理想的14.7:1之后，比值越高，混合气越稀薄，就越难以被点燃，常规发动机空燃比达到19:1以上基本就点不着了。

因此内燃机依然有未来，石油枯竭可以寻找替代能源，降低污染可以采用清洁燃料，长远来看，内燃机并不会因为电驱动的崛起而迅速消失。提高热效率，提升动力，降低能耗，是永远的课题。

电气化

首款纯电动车——MX-30

尽管马自达认为内燃机更有未来，并且在未来一段时间内仍将致力于内燃机的研发，但这并不代表马自达完全拒绝电气化。毕竟，石油替代能源的普及应用遥遥无期，电驱才是短期未来的主流趋势，放弃发展电动车意味将在不久的将来失去竞争力。

MX-30这套e-SKYACTIV动力系统采用同步交流电机，由35.5kWh锂离子电池组供电，系统最大输出143匹马力和265牛·米的扭矩，最大续航里程为210km。

如今电动车的纯电续航里程动辄500km以上，为什么马自达MX-30只给出了210km？

在欧洲，驾驶者日常通勤的平均距离为50km，因此210km是足够的。另外，综合考虑电池制造时产生的二氧化碳，以及电池寿命终结时的回收处理和材料污染等等，35.5kWh是一个最为理想的选择。

舒尔茨说：“经过测试，假如MX-30行驶16万km后就必须更换电池，那么它的二氧化碳排放总量（包括电池制造和回收环节），依然能和‘减排能手’柴油版马自达3相媲美。”

转子增程式电动车

按照马自达的规划，转子发动机未来将出现在全新的增程式新能源车当中，在最后一台转子车型RX-8停产之后，这或许是转子发动机复出的全新舞台。目前已经有非官方路边消息称下一代MX-5将采用电气化的动力系统，或许它会是一个很好的载体。

其实早在2013年，马自达就推出了一款基于马自达2的增程型电动车，最大续航里程为380公里。

就连近30年来在新能源汽车上卓有成就的丰田，也十分认可转子增程器未来在电动车上应用的广阔前景，甚至打算把这种转子增程技术用到自家的电动车上。2015年，丰田和马自达已经构建了合作关系，并且在2017年互持对方股份，并且签订了更加具体的合作协议。也许哪一天我们真的会看到一台搭载转子增程系统的丰田电动车。

总 结

汽车是节能减排的主力之一，全世界都投入了大量的精力在发展电动车这件事情上，但是电动车真的足够环保吗？马自达没有否认，但也有自己的理解。从氢转子发动机，到转子增程式电驱动，再到SKYACTIV-X汽油压燃，马自达总有自己的奇招。对于技术的探索，马自达从未松懈，在传承中坚守，在坚守中创新，在创新中破局，这便是马自达百年来的生存之道。

（图/文：太平洋汽车网 陈 烨）