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追求纯粹的马自达 展望SKYACTIV技术未来发展

http://www.mycar168.com  来源:易车网  2018-02-08 10:11:59  责任编辑:汽车大世界
追求纯粹的马自达 展望SKYACTIV技术未来发展

  记得在过去,笔者曾经阅读过马自达官方一篇关于开发RX-7的文章,时至今日,虽然文章里的具体内容,笔者已不太能记得清了,但是文章里多次提到的“纯粹”车型开发理念,笔者倒是至今记忆犹新。因为马自达这种追求“纯粹”的开发理念,并没有随着转子发动机的没落而一同消逝,反而一直延续至今。

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  众所周知,马自达如今开发车型,会在技术上追求“创驰蓝天”,在设计上追求“魂动”,以达到“人马一体”的最终目的。这些对于性能及设计的纯粹追求,看似是车型的卖点,但笔者更愿意将其看作是马自达造车的原则,造车的坚持。

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  好在,这份坚持最终是得到回报的。在2017年11月份的广州车展上,马自达中国的董事长渡部宣彦先生宣布“马自达提前完成29万台的年度销量目标,品牌在华销量有望突破30万台大关”时,渡部先生那溢于言表的喜悦神态,就像是一直以来坚持的东西,得到欣赏与认同似的。

  这对于马自达来说,确实不容易,马自达的规模不算大,有这番优异成绩全靠对于技术的坚持。因此,马自达没有停下追求技术的脚步,反而在技术的道路上越走越远,在笔者眼中看来,马自达才是这个年代真正的“技术宅”。

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  下面笔者就给大家介绍一下,马自达未来的一些技术方向:

  SKYACTIV-X 前所未有的汽油压燃技术

  毫无疑问,汽车未来是肯定要往电动化发展的,但马自达在电动化的战略布局上,并不像其它厂商那样来得那么早。马自达觉得内燃机身上还有很多潜力没有被挖掘,因为汽油的能量密度是锂电的28倍左右,如今的内燃机在压缩冲程下,有不少能量都被流失浪费掉了,想办法把内燃机的燃烧效率提上去,其实比盲目发展电动机更具实际意义。

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  因此,马自达结合自己近几年在汽油SKYACTIV-G与柴油SKYACTIV-D方面所积累到的技术,开发了新一代创驰蓝天技术SKYACTIV-X,以汽油压燃技术将两者的优点结合在一起。SKYACTIV-X中的“X”,正有“Crossover(混合)”的含义,标志着SKYACTIV-G与SKYACTIV-D两者的技术混合为一体。

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  SKYACTIV-X采用HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition,均质混合压燃技术)作为技术主体,简单来说,就是该发动机能将汽油压燃,能让其像柴油机那样工作。那么,为什么要采用这种方式去让发动机运转呢?

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  众所周知,汽油机在动力输出、发热、尾气排放方面有着许多优势,而柴油机的优势在于其燃油经济性好、高扭矩以及迅速的动力响应。采用汽油作为燃料,并通过压燃的方式将其点燃,能将两者的优点融为一体,在提供极佳的环保表现同时,还满足了马自达对马力输出和动态表现的要求。

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  另一方面,当下的汽油发动机想继续在燃油经济性得到突破,只能从稀薄燃烧方面入手,让发动机尽量少喷油,以稀薄的混合气体进行做功,从而起到降低油耗及排放的作用。但是,稀薄的混合气体极难被点燃,因此传统的点燃式发动机无可避免会遇到技术瓶颈,无法进一步提高燃油经济性以及排放水平。

  压燃式汽油发动机则没有这方面的问题,在SKYACTIV-X技术支持下的发动机,能够在油气混合气体中空气达到理论空燃比2倍以上的条件下实现超稀薄燃烧。以怠速情况下为例,传统点燃式汽油发动机空燃比为29.4,压燃式汽油发动机的空燃比能做到36.8。

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  该技术看似简单,但其实极难实现。因为压燃式汽油发动机的做功过程,是靠压缩冲程中不断上升的压力和温度,达到某一个点让汽油发生自燃来实现。由此可见,不同浓度的混合气就会有不同的自燃点,而且压燃式汽油发动机不像传统发动机那样,能简单通过火花塞或喷油来控制点火。

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  因此,压燃式汽油发动机的动力输出极不稳定,目前还无法做到全工况压燃。在低速环境下,很难实现对汽油的压燃,在高速环境下,汽油又会过度“活跃”,容易发生爆震或敲缸的现象。这么一台在低速容易“缺缸”,高速容易发生爆震的发动机,显然是不符合马自达的要求。

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  如果要让压燃式汽油发动机正式商品化,那就必须让压燃变成可控的。对此,马自达特意开发了SPCCI(spark controlled compression ignition,火花控制压燃)的技术,其原理就是在发动机上追加火花塞,辅助发动机在某些压燃困难的工况下点火,以及在高转速工况时,直接以火花塞点燃代替压燃。

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  简单来说,这台发动机在中、低速时会以压燃为主要工作模式,高速时为传统的点燃式。在低速某些压燃困难的工况下,会让火花塞充当“导火索”辅助点火,从而实现压燃。
 
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  此外,马自达还使用了EGR(排气再循环)、机械增压、控制压缩比等方式控制气缸内的温度及压力,让压燃变为可控的,能稳定为车辆输出动力。

  另一方面,SKYACTIV-X在开发之初,就提出了该发动机必须能在低标号汽油下使用,不像某些日系厂商那样,仅针对日本国内的100号汽油开发发动机,而导致无法简单实现全球化。允许低标号汽油的使用,能让搭载SKYACTIV-X发动机的车型未来被引进到国内成为可能。

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  但目前马自达仍面临着许多困难,压燃及高压喷油系统的使用,会产生大量的噪音,所以在试驾车上你能看到,发动机作了大面积的封装,发动机舱位置周围也有特殊的泡沫用于防振及隔音。

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  而且三种不同的点火方式(压燃、火花塞辅助压燃、点燃)之间如何做到无缝切换,这对于马自达来说是一个极大的挑战。除了需要在发动机各部位追加传感器采集数据外,还需针对发动机标定做大量的计算与实验。

  同时,压燃的燃烧方式对发动机内部强度提出了很高的要求,因此必须加强,新发动机与原有2.0L SKYACTIV-G发动机没有一个零件是共享的,这就意味着新发动机的研发及制造成本都会有所提高。据厂家的工作人员介绍,这套压燃系统的成本高是肯定的,不过价钱方面仍然会比混动车有优势。

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  对于马自达来说,SKYACTIV-X技术所带来的额外重量也是迫切需要解决的,因为与SKYACTIV-G发动机相比,其追加了EGR(排气再循环)、机械增压系统、高压油轨等部件,这些部件都会大幅度增加发动机舱的重量。马自达的对策是在底盘及车身方面寻找减重的可能,从而弥补新技术所带来的额外重量。

  2  SKYACTIV-G/D/R发展介绍

  SKYACTIV-G 持续强化 不断提高


  SKYACTIV-G面世接近6年了,这一代技术也差不多走到了尽头,但是马自达在开发新一代技术的同时,并没有忘了对旧有技术进行继续强化。

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  虽然SKYACTIV-G是以自然吸气发动机为主,但针对CX-9此类车重较高,对动力有进一步需求的车型,涡轮增压还是最为简单有效提高动力的手段,对此马自达开发了SKYACTIV-G 2.5T发动机,搭载在CX-9身上,该发动机同时也会搭载在新款阿特兹上。

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  此外,SKYACTIV-G在未来还会追加闭缸技术,例如在高速巡航时能关闭两个气缸以降低油耗,但又不会影响目前的驾驶体验。同时,新款发动机改进了缸内设计,获得了更强的缸内滚流,配合更高压力的多阶段燃油喷射,使得油气混合更加均匀,燃烧后的尾气更加清洁。国内一汽马自达的阿特兹及CX-4极有可能会在未来改款车型里引进该项技术。

  最近,马自达官方还放出消息称,新一代SKYACTIV-G将继续提高压缩比,让发动机的热效率进一步提高到57%,实现碳排放减少25%。新一代SKYACTIV-G是和SKYACTIV-X并行的产品,但目前马自达还没有放出任何技术细则,因此这究竟是空穴来风还是蓄势待发,还有待时间去验证。

  SKYACTIV-D 压燃技术的根基

  马自达在日本及欧洲市场推出的SKYACTIV-D柴油系列车型一直都获得不错的评价,该发动机有着柴油机有史以来最低的压缩比14:1,并且采用了双涡轮增压,实现从低速到高速顺畅的线性功率响应,以及低速状态下扭矩的大幅度提升。同时,尾气排放也做到了在不依赖后处理的前提下,达到各国的排放标准。

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  去年,马自达在面向日本市场发售的新车CX-8上,搭载改良后的SKYACTIV-D 2.2T柴油发动机。该发动机采用“急速多段燃烧”技术,透过使用全新设计的传感器、喷油嘴以及活塞,使发动机得到了更为理想的燃烧状态,提高了动力性能,并降低爆震声音。

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  SKYACTIV-D作为压燃技术的根基,马自达自然不愿轻易放弃这得来不易的技术成就,因此马自达将会在2019年推出第二代的SKYACTIV-D技术。据猜测,早前丰田与马自达签订合作协议,正是丰田看中了马自达在柴油发动机方面的技术研究,欲拿自家的混动技术和马自达作技术交换。

  SKYACTIV-R 情怀依旧

  熟悉马自达的朋友应该都知道,马自达是世上唯一一家将转子发动机成功推向市场的厂商,其它部分车厂虽也曾经开发并发售过搭载转子发动机的车型,但没有一款能达到马自达的高度。

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  与传统往复式发动机相比,转子发动机有着结构简单、体积小、动力强等特点。但转子发动机的缺点也非常明显,糟糕的燃油经济性和排放水平,以及需要经常“开缸”维护的特点,正是转子发动机多年来没有后继机的原因。

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  不过,转子发动机作为马自达品牌的精神信仰,马自达绝对不会轻易放弃该技术。在过去的几年里,官方也不时对外宣称转子发动机的研发一直在进行中,甚至还在2015年发表了名为RX-Vision的转子概念跑车,SKYACTIV-R计划也一同正式向外公布。

  只是,从前文提到的技术来看,3种技术的开发优先级都明显比转子发动机要高,而且马自达的高级管理执行官、研发部部长藤原清先生在面对媒体时也坦承,目前马自达没有多余的资金能投入到转子发动机的开发中去。

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  即使未来会有全新的转子发动机面世,也先会是针对混动车型所开发的增程型转子发动机。因为转子发动机有着体积小、动力强的特点,十分适合安装至小型混动车上,而电动机的使用,也能在一定程度上弥补转子发动机燃油经济性不佳的特点。至于性能取向的转子发动机开发,估计在短期内亮相的可能性并不大。

  全文总结:马自达虽然在规模上与大型车企仍有不少差距,但在技术上的投入甚至还超过了不少大厂,而且在造车方面对开发理念近乎偏执般的坚持,更是打动了不少对个性有追求的消费者。究竟马自达的工程师们能否再一次惊艳世界,就让我们拭目以待吧。
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