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雅斯顿|马自达的崛起（下）——日本汽车的起源、转折与强盛（四）


雅斯顿|马自达的崛起（下）——日本汽车的起源、转折与强盛（四）
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在上一篇文章中提到 ， 自达希望研发靠拢HCCI发动机终极状态的发动机 ， 但是摆在面前的是四大难题 ， 马自达必须找出问题的对策 ， 这就为SPCCI技术的诞生埋下了伏笔 。
马自达SPCCI的奇思妙想？
马自达在研发HCCI技术中发现 ， 以现有技术实现完全可控的HCCI不太可能 ， 所以目前依然需要借助火花塞 ， 对压燃时间点进行精准控制 。 也就是说马自达首先要解决的技术难点是火花塞无法点火 ， 怎么在极其稀薄空气下确保汽油燃烧 。
在中国销售汽车是一件十分困难的事情 ， 中国不像日本、韩国、欧洲 ， 整个国家面积较小 ， 环境气候地势大都一致 ， 所以只需要针对单一环境研发发动机即可 ， 但中国地缘辽阔 ， 北方极寒、南方高温 ， 西北干旱 ， 西南海拔 ， 加之中国各地销售的汽油品质良莠不齐 ， 所以要确保压燃发动机在全国可以良好运行也是必须要考虑的 。
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马自达最终希望借助火花塞主动点燃 ， 既然压燃不容易控制 ， 那就两者互相中和下 ， 毕竟已经将压缩比从14提高到18 ， 燃效上已经取得了显而易见的进步 ， 于是SPCCI发动机诞生 。 马自达研发的这套技术是独家的 ， SPCCI中文名为火花塞控制的压燃点火 。 这种实现方式大概可以分为两步：
第一、先通过火花塞点燃一小部分混合气 ， 燃烧的混合气体积膨胀后挤压未燃烧的混合气 ， 这些未燃烧的混合气压力就变大 ， 然后发动机把这些混合气压燃 ， 像极了人为制造的「空气活塞」 。
这样一来 ， 发动机的压缩比不用过高 ， 减少了对机械压缩比的依赖 ， 设定在15-16即可 ， 然后通过调整火花塞的点火时机以及气门的动作来营造出HCCI可以稳定运行的温度压力环境 。
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第二、为确保发动机在火花点火和压燃之间无缝切换 ， 马自达需要让毫无规律的压燃变得有点规律 。 通过对压缩行程中精准控制燃料喷射 ， 并在压缩冲程中多次喷射 ， 随压缩冲程的改变调整喷射比例 ， 尽可能减少未燃混合气被压缩的时间 ， 从而避免爆震 。 这种方式保证了燃油混合气在准确时间点获得最大的压力 。
不过 ， 这需要超高压喷射系统和燃烧室中心放置多空喷嘴 。 马自达X发动机这次采用了最大压力700bar、10孔高压喷射系统 ， 而目前大多数缸内直喷汽油机的最大喷射压力为250bar、350bar、6孔喷射系统 。
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这种压燃和火花点火之间自由切换 ， 解决了均质燃烧无法进入实用化的命门 。 实际上 ， HCCI发动机迟迟无法量产 ， 除了上述原因之外还有一个缺点——最优工作区间过于狭窄 。
均质燃烧冷启动时比较困难 ， 高转速下扭矩和功率会受到影响 ， 也就导致HCCI发动机的最佳转速区间将锁定在1000rpm-3000rpm之间 。 这个区间刚好是我们最多使用的转速区间 ， 但值得注意的是 ， HCCI对平均指示压力范围有要求 。 正常情况下 ， 以日本10/15循环工况测试为例 ， 它用的平均指示压力为160-620kpa之间 ， 而HCCI发动机的活动范围仅为200-400kpa之间 。
常规做法 ， 用HCCI发动机应对循环测试工况 ， 根本体现不出它的经济性优势 。 不过 ， 通过马自达研发的SPCCI ， X发动机可以在非最优工况时 ， 采用普通点火式发动机工作方式 ， 扩大了发动机的工作范围 。
X发动机开起来如何？
传统观念上 ， 除非采用强制进气 ， 否则排量和扭矩之间存在关联 ， 但马自达X发动机却在2.0L引擎上实现了222牛·米的扭矩 。 这也就意味着这款发动机存在某种「增压机制」 。


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