馬自達百年獻禮（六）減排：從氫轉子到汽油壓燃

　　最近馬自達盯上了藻類生物燃料 ，馬自達宣稱，藻類生物燃料只會釋放出生長時從大氣中吸收的二氧化碳并且藻類具有可降解性，對環境危害小，還可以用鹽水和廢水來制取，不會對淡水資源造成影響。

　　雖然藻類生物還需要進一步提高生產率和降低成本才能最終商業化，不過馬自達預計到2030年旗下95%的汽車仍將繼續使用內燃機和混合動力系統；而在2040年之前，液體燃料在汽車行業中將依然保持主導地位。

　　無獨有偶，大眾汽車首席技術官馬提亞斯·拉貝（Matthias Rabe）近日也表示：“盡管二氧化碳排放的限制越來越嚴，但隨著新型環保燃料的發展，內燃機仍然擁有長久未來。環保燃料來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，未來很可能在汽車領域使用。另外，電動車笨重的電池或將進一步刺激合成燃料的發展。”

　　這傳達了一個信號，汽車要追求環保并不是要一味否定內燃機，盲目發展電池動力，只要能擺脫對石油的依賴，降低污染的排放，任何實現方式都有意義。

　　上一篇介紹了馬自達的入華辛酸史，這一篇我們聊一下馬自達進入二十一世紀以來，在節能減排方面的思考和努力，繼續感受馬自達那股不妥協的韌勁。

　　轉子發動機是馬自達嘔心瀝血的看家手藝，它的優勢在于體積小巧，運轉平穩，動力輸出效率高，但短板是太費油。那么如果不燒油，改用氫燃料呢？

　　氫燃料有三個巨大的優勢：

　　1、能量密度高。氫是除了核燃料之外發熱值最高的燃料，比化石燃料、生物燃料、化工燃料都要高，1克氫燃料能釋放出142kJ的熱量，是汽油的三倍。

　　2、清潔無污染。氫燃燒時除生成水和少量氮化氫之外不會產生一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等污染物，而少量氮化氫經過處理后也不會污染環境。燃燒生成的水還可以再用來分解出氫，做到循環使用。

　　3、自然儲量大。氫元素在地球上堪稱無處不在，地表、海洋、動植物體內都含有氫。氫在地球上主要以化合物水的形式存在，而地球表面70%的面積為水覆蓋，浩瀚的海洋為我們提供了取之不盡用之不竭的氫資源。

　　氫轉子技術解構

　　關于轉子發動機，在第二篇我們已經詳細介紹過它的原理和優劣（點擊跳轉），那么氫轉子顧名思義就是在轉子發動機的基礎上，加入氫燃料供應系統。

　　后來推出的“馬自達5氫轉子混合動力車”就解決了以上提及的兩大問題。

　　氫轉子為什么沒有推廣？

　　實際上二十一世紀伊始，很多汽車廠商都投入了氫能源汽車的研發，比如寶馬的氫內燃機，和豐田、通用等公司的氫燃料電池等等。

　　但是到了2009年左右，不少廠商陸續宣布將減少或停止氫燃料汽車的研發，原因是氫能源理論上很美好，實用化卻依然可望不可即。

　　其實氫能車和電動車在十九世紀就誕生了，并且都比內燃機汽車更早，但十九世紀人類不論在氫能源還是在電磁學領域的技術實力都非常有限，導致這兩種比汽油更適合用來驅動車輛的能源技術一直停滯不前，無法進入民用市場。

　　在新世紀開始的十年，氫能源應用的研究再次掀起熱潮，不過大家失望地發現它依然不具備推廣的天時地利人和。因此在第二個十年，電驅動有了空前的發展，絕大多數品牌也已經走上了電動化道路。

　　但馬自達是個偏執狂，就喜歡在燃油機上面鉆牛角尖。為了進一步提高發動機熱效率，馬自達想出了把柴油發動機上的“壓燃”用到汽油機上。

　　那么SPCCI的突破點在哪里？首先我們要先了解一下HCCI均質壓燃技術。

　　HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）——均質壓燃。為什么燃料可以被“壓”燃，這里就需要復習一下中學物理了。壓縮（外力對其做功）可以使得物體內部分子熱運動增強，內能增加，溫度就會升高。還記得物理老師用一根管子快速壓縮，瞬間把管中的羽毛引燃嗎？壓燃技術正是運用了這個原理，這也是柴油發動機的特性。

　　HCCI除了能實現很高的壓縮比，還能讓燃料快速且完全地燃燒，多點大面積同時著火實現稀薄燃燒。沒有了傳統火花塞點燃火焰的傳播延遲過程，壓縮點火可以在極短的時間內完成燃燒放熱，以提高發動機效率。因此，HCCI是一種非常理想的燃燒模式。

　　難處在哪兒？HCCI在汽油發動機上很難實現穩定狀態，因為燃燒的氧化反應過程復雜，從氧化反應開始，到混合氣引燃期間，會有一段從冷焰到熱焰的著火延遲。這個著火延遲與缸內溫度、壓力和燃料濃度都有關系（不同的駕駛條件下，壓縮沖程中存在溫度和壓力的變化），因此HCCI的著火時刻不易控制。

　　如圖所示，HCCI只適合于中低轉速的工況，那么能否在其他轉速期間用火花塞來點火呢？

　　可以是可以，但前面說了，HCCI的著火時刻如迷一般難以捉摸，使得火花塞點火時機的把握變得極為困難，因此兩種引燃模式之間的切換，無法做到完美的銜接，這就不利于發動機的平穩運轉和壽命。

　　為了實現將混合氣先點燃小部分再壓燃大部分，SKYACTIV-X發動機采用分段噴油，在進氣行程中先噴入少量汽油，點火增壓后，繼續在壓縮行程中再噴入足量的汽油進行壓燃。因此分段噴油是一個關鍵的小細節，它能夠降低發動機在高壓縮比的設定下，缸內混合氣過早爆燃的可能性，大大優化壓燃穩定性。

　　簡而言之，火花塞的存在，不是為了點火，而是一個為壓燃創造條件的輔助手段。

　　那么加入了壓燃技術的SKYACTIV-X發動機有什么優勢？

　　1、燃油經濟性的顯著改善

　　在排量為2.0L的發動機中，創馳藍天SKYACTIV-X的燃油經濟性與SKYACTIV-G相比提高了20%。同時，當長時間處于低速工況，由于使用超級稀薄燃燒，燃油經濟性可提高30%。得益于超稀薄燃燒，全新一代馬自達3上搭載的SKYACTIV-X熱效率已經達到了43%，超越了豐田的41%成為目前世界上熱效率最高的汽油發動機。

　　2、 顯著提高輸出性能和響應能力

　　馬自達研發汽油壓燃圖什么？

　　馬自達并不是想秀技能，為了壓燃而壓燃，SKYACTIV-X的核心在于超稀薄燃燒，壓燃是它實現的手段。因為當空燃比超過理想的14.7:1之后，比值越高，混合氣越稀薄，就越難以被點燃，常規發動機空燃比達到19:1以上基本就點不著了。

　　因此內燃機依然有未來，石油枯竭可以尋找替代能源，降低污染可以采用清潔燃料，長遠來看，內燃機并不會因為電驅動的崛起而迅速消失。提高熱效率，提升動力，降低能耗，是永遠的課題。

　　首款純電動車——MX-30

　　盡管馬自達認為內燃機更有未來，并且在未來一段時間內仍將致力于內燃機的研發，但這并不代表馬自達完全拒絕電氣化。畢竟，石油替代能源的普及應用遙遙無期，電驅才是短期未來的主流趨勢，放棄發展電動車意味將在不久的將來失去競爭力。

　　MX-30這套e-SKYACTIV動力系統采用同步交流電機，由35.5kWh鋰離子電池組供電，系統最大輸出143匹馬力和265牛·米的扭矩，最大續航里程為210km。

　　如今電動車的純電續航里程動輒500km以上，為什么馬自達MX-30只給出了210km？

　　在歐洲，駕駛者日常通勤的平均距離為50km，因此210km是足夠的。另外，綜合考慮電池制造時產生的二氧化碳，以及電池壽命終結時的回收處理和材料污染等等，35.5kWh是一個最為理想的選擇。

　　舒爾茨說：“經過測試，假如MX-30行駛16萬km后就必須更換電池，那么它的二氧化碳排放總量（包括電池制造和回收環節），依然能和‘減排能手’柴油版馬自達3相媲美。”

　　轉子增程式電動車

　　按照馬自達的規劃，轉子發動機未來將出現在全新的增程式新能源車當中，在最后一臺轉子車型RX-8停產之后，這或許是轉子發動機復出的全新舞臺。目前已經有非官方路邊消息稱下一代MX-5將采用電氣化的動力系統，或許它會是一個很好的載體。

　　其實早在2013年，馬自達就推出了一款基于馬自達2的增程型電動車，最大續航里程為380公里。

　　就連近30年來在新能源汽車上卓有成就的豐田，也十分認可轉子增程器未來在電動車上應用的廣闊前景，甚至打算把這種轉子增程技術用到自家的電動車上。2015年，豐田和馬自達已經構建了合作關系，并且在2017年互持對方股份，并且簽訂了更加具體的合作協議。也許哪一天我們真的會看到一臺搭載轉子增程系統的豐田電動車。

　　汽車是節能減排的主力之一，全世界都投入了大量的精力在發展電動車這件事情上，但是電動車真的足夠環保嗎？馬自達沒有否認，但也有自己的理解。從氫轉子發動機，到轉子增程式電驅動，再到SKYACTIV-X汽油壓燃，馬自達總有自己的奇招。對于技術的探索，馬自達從未松懈，在傳承中堅守，在堅守中創新，在創新中破局，這便是馬自達百年來的生存之道。

（圖/文：太平洋汽車網 陳  燁）