馬自達(dá)百年獻(xiàn)禮（六）減排：從氫轉(zhuǎn)子到汽油壓燃

　　最近馬自達(dá)盯上了藻類生物燃料 ，馬自達(dá)宣稱，藻類生物燃料只會(huì)釋放出生長(zhǎng)時(shí)從大氣中吸收的二氧化碳并且藻類具有可降解性，對(duì)環(huán)境危害小，還可以用鹽水和廢水來制取，不會(huì)對(duì)淡水資源造成影響。

　　雖然藻類生物還需要進(jìn)一步提高生產(chǎn)率和降低成本才能最終商業(yè)化，不過馬自達(dá)預(yù)計(jì)到2030年旗下95%的汽車仍將繼續(xù)使用內(nèi)燃機(jī)和混合動(dòng)力系統(tǒng)；而在2040年之前，液體燃料在汽車行業(yè)中將依然保持主導(dǎo)地位。

　　無獨(dú)有偶，大眾汽車首席技術(shù)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(yán)，但隨著新型環(huán)保燃料的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)仍然擁有長(zhǎng)久未來。環(huán)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(lǐng)域使用。另外，電動(dòng)車笨重的電池或?qū)⑦M(jìn)一步刺激合成燃料的發(fā)展。”

　　這傳達(dá)了一個(gè)信號(hào)，汽車要追求環(huán)保并不是要一味否定內(nèi)燃機(jī)，盲目發(fā)展電池動(dòng)力，只要能擺脫對(duì)石油的依賴，降低污染的排放，任何實(shí)現(xiàn)方式都有意義。

　　上一篇介紹了馬自達(dá)的入華辛酸史，這一篇我們聊一下馬自達(dá)進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，在節(jié)能減排方面的思考和努力，繼續(xù)感受馬自達(dá)那股不妥協(xié)的韌勁。

　　轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)是馬自達(dá)嘔心瀝血的看家手藝，它的優(yōu)勢(shì)在于體積小巧，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，動(dòng)力輸出效率高，但短板是太費(fèi)油。那么如果不燒油，改用氫燃料呢？

　　氫燃料有三個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)：

　　1、能量密度高。氫是除了核燃料之外發(fā)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(shí)除生成水和少量氮化氫之外不會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、鉛化物和粉塵顆粒等污染物，而少量氮化氫經(jīng)過處理后也不會(huì)污染環(huán)境。燃燒生成的水還可以再用來分解出氫，做到循環(huán)使用。

　　3、自然儲(chǔ)量大。氫元素在地球上堪稱無處不在，地表、海洋、動(dòng)植物體內(nèi)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(zhuǎn)子技術(shù)解構(gòu)

　　關(guān)于轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，在第二篇我們已經(jīng)詳細(xì)介紹過它的原理和優(yōu)劣（點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)），那么氫轉(zhuǎn)子顧名思義就是在轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，加入氫燃料供應(yīng)系統(tǒng)。

　　后來推出的“馬自達(dá)5氫轉(zhuǎn)子混合動(dòng)力車”就解決了以上提及的兩大問題。

　　氫轉(zhuǎn)子為什么沒有推廣？

　　實(shí)際上二十一世紀(jì)伊始，很多汽車廠商都投入了氫能源汽車的研發(fā)，比如寶馬的氫內(nèi)燃機(jī)，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(xù)宣布將減少或停止氫燃料汽車的研發(fā)，原因是氫能源理論上很美好，實(shí)用化卻依然可望不可即。

　　其實(shí)氫能車和電動(dòng)車在十九世紀(jì)就誕生了，并且都比內(nèi)燃機(jī)汽車更早，但十九世紀(jì)人類不論在氫能源還是在電磁學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力都非常有限，導(dǎo)致這兩種比汽油更適合用來驅(qū)動(dòng)車輛的能源技術(shù)一直停滯不前，無法進(jìn)入民用市場(chǎng)。

　　在新世紀(jì)開始的十年，氫能源應(yīng)用的研究再次掀起熱潮，不過大家失望地發(fā)現(xiàn)它依然不具備推廣的天時(shí)地利人和。因此在第二個(gè)十年，電驅(qū)動(dòng)有了空前的發(fā)展，絕大多數(shù)品牌也已經(jīng)走上了電動(dòng)化道路。

　　但馬自達(dá)是個(gè)偏執(zhí)狂，就喜歡在燃油機(jī)上面鉆牛角尖。為了進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率，馬自達(dá)想出了把柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的“壓燃”用到汽油機(jī)上。

　　那么SPCCI的突破點(diǎn)在哪里？首先我們要先了解一下HCCI均質(zhì)壓燃技術(shù)。

　　HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）——均質(zhì)壓燃。為什么燃料可以被“壓”燃，這里就需要復(fù)習(xí)一下中學(xué)物理了。壓縮（外力對(duì)其做功）可以使得物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，內(nèi)能增加，溫度就會(huì)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(shù)正是運(yùn)用了這個(gè)原理，這也是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的特性。

　　HCCI除了能實(shí)現(xiàn)很高的壓縮比，還能讓燃料快速且完全地燃燒，多點(diǎn)大面積同時(shí)著火實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒。沒有了傳統(tǒng)火花塞點(diǎn)燃火焰的傳播延遲過程，壓縮點(diǎn)火可以在極短的時(shí)間內(nèi)完成燃燒放熱，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)上很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)槿紵难趸磻?yīng)過程復(fù)雜，從氧化反應(yīng)開始，到混合氣引燃期間，會(huì)有一段從冷焰到熱焰的著火延遲。這個(gè)著火延遲與缸內(nèi)溫度、壓力和燃料濃度都有關(guān)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(shí)刻不易控制。

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

　　可以是可以，但前面說了，HCCI的著火時(shí)刻如迷一般難以捉摸，使得火花塞點(diǎn)火時(shí)機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)和壽命。

　　為了實(shí)現(xiàn)將混合氣先點(diǎn)燃小部分再壓燃大部分，SKYACTIV-X發(fā)動(dòng)機(jī)采用分段噴油，在進(jìn)氣行程中先噴入少量汽油，點(diǎn)火增壓后，繼續(xù)在壓縮行程中再噴入足量的汽油進(jìn)行壓燃。因此分段噴油是一個(gè)關(guān)鍵的小細(xì)節(jié)，它能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)在高壓縮比的設(shè)定下，缸內(nèi)混合氣過早爆燃的可能性，大大優(yōu)化壓燃穩(wěn)定性。

　　簡(jiǎn)而言之，火花塞的存在，不是為了點(diǎn)火，而是一個(gè)為壓燃創(chuàng)造條件的輔助手段。

　　那么加入了壓燃技術(shù)的SKYACTIV-X發(fā)動(dòng)機(jī)有什么優(yōu)勢(shì)？

　　1、燃油經(jīng)濟(jì)性的顯著改善

　　在排量為2.0L的發(fā)動(dòng)機(jī)中，創(chuàng)馳藍(lán)天SKYACTIV-X的燃油經(jīng)濟(jì)性與SKYACTIV-G相比提高了20%。同時(shí)，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間處于低速工況，由于使用超級(jí)稀薄燃燒，燃油經(jīng)濟(jì)性可提高30%。得益于超稀薄燃燒，全新一代馬自達(dá)3上搭載的SKYACTIV-X熱效率已經(jīng)達(dá)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(fā)動(dòng)機(jī)。

　　2、 顯著提高輸出性能和響應(yīng)能力

　　馬自達(dá)研發(fā)汽油壓燃圖什么？

　　馬自達(dá)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(shí)現(xiàn)的手段。因?yàn)楫?dāng)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(diǎn)燃，常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比達(dá)到19:1以上基本就點(diǎn)不著了。

　　因此內(nèi)燃機(jī)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(zhǎng)遠(yuǎn)來看，內(nèi)燃機(jī)并不會(huì)因?yàn)殡婒?qū)動(dòng)的崛起而迅速消失。提高熱效率，提升動(dòng)力，降低能耗，是永遠(yuǎn)的課題。

　　首款純電動(dòng)車——MX-30

　　盡管馬自達(dá)認(rèn)為內(nèi)燃機(jī)更有未來，并且在未來一段時(shí)間內(nèi)仍將致力于內(nèi)燃機(jī)的研發(fā)，但這并不代表馬自達(dá)完全拒絕電氣化。畢竟，石油替代能源的普及應(yīng)用遙遙無期，電驅(qū)才是短期未來的主流趨勢(shì)，放棄發(fā)展電動(dòng)車意味將在不久的將來失去競(jìng)爭(zhēng)力。

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

　　如今電動(dòng)車的純電續(xù)航里程動(dòng)輒500km以上，為什么馬自達(dá)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(shí)產(chǎn)生的二氧化碳，以及電池壽命終結(jié)時(shí)的回收處理和材料污染等等，35.5kWh是一個(gè)最為理想的選擇。

　　舒爾茨說：“經(jīng)過測(cè)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(huán)節(jié)），依然能和‘減排能手’柴油版馬自達(dá)3相媲美。”

　　轉(zhuǎn)子增程式電動(dòng)車

　　按照馬自達(dá)的規(guī)劃，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)未來將出現(xiàn)在全新的增程式新能源車當(dāng)中，在最后一臺(tái)轉(zhuǎn)子車型RX-8停產(chǎn)之后，這或許是轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)出的全新舞臺(tái)。目前已經(jīng)有非官方路邊消息稱下一代MX-5將采用電氣化的動(dòng)力系統(tǒng)，或許它會(huì)是一個(gè)很好的載體。

　　其實(shí)早在2013年，馬自達(dá)就推出了一款基于馬自達(dá)2的增程型電動(dòng)車，最大續(xù)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(rèn)可轉(zhuǎn)子增程器未來在電動(dòng)車上應(yīng)用的廣闊前景，甚至打算把這種轉(zhuǎn)子增程技術(shù)用到自家的電動(dòng)車上。2015年，豐田和馬自達(dá)已經(jīng)構(gòu)建了合作關(guān)系，并且在2017年互持對(duì)方股份，并且簽訂了更加具體的合作協(xié)議。也許哪一天我們真的會(huì)看到一臺(tái)搭載轉(zhuǎn)子增程系統(tǒng)的豐田電動(dòng)車。

　　汽車是節(jié)能減排的主力之一，全世界都投入了大量的精力在發(fā)展電動(dòng)車這件事情上，但是電動(dòng)車真的足夠環(huán)保嗎？馬自達(dá)沒有否認(rèn)，但也有自己的理解。從氫轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，到轉(zhuǎn)子增程式電驅(qū)動(dòng)，再到SKYACTIV-X汽油壓燃，馬自達(dá)總有自己的奇招。對(duì)于技術(shù)的探索，馬自達(dá)從未松懈，在傳承中堅(jiān)守，在堅(jiān)守中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中破局，這便是馬自達(dá)百年來的生存之道。

（圖/文：太平洋汽車網(wǎng) 陳  燁）