自然吸氣發動機技術全解

隨著排放法規的日益嚴格，為了避免支付巨額罰款，汽車制造商爭相推出混合動力汽車和電動汽車，而對于傳統內燃機汽車，他們越來越傾向于小排量和渦輪增壓的發展方向。在這樣一個大環境下，自然吸氣發動機變得越來越少。如果有人仍然是自然吸氣的忠實粉絲，那么以旋轉發動機起家的馬自達絕對是其中之一。

2010年，馬自達提出了Skyactiv Technology。該技術以自然吸氣發動機為主體，以提高燃油效率為主要方向，輔以變速箱、底盤和車身結構的優化，減少傳動過程中的能量損失。

一個中心：自然吸氣

對于自然吸氣發動機來說，如果你想減少碳排放并提高燃油效率，只有兩種方法。一種是提高發動機本身的燃燒效率，在相同數量的燃料上擠出更多的動能輸出；另一種是減少不必要的能源消耗，例如優化傳動系統、提高實際能量轉換率或減輕車身結構。

馬自達的藍天技術是從這兩個角度提高發動機上的燃燒效率，然后降低發動機變速箱底盤傳動系統在傳動過程中的能耗。其他如車身的輕量化設計。最終的結果也相當驚人。例如，去年的國產CX-5兩輪驅動版本和首款采用創馳藍天技術的國產2.0升自動變速器ATENZA，均達到了每百公里6.6升的綜合油耗，遠超同級別汽車。

億代創智藍天科技

在《“動力新王牌”系列7號：馬自達創馳藍天科技》一文中，車云詳細介紹了創馳藍天發動機在沒有渦輪增壓的情況下實現如此高效率的秘訣。4-2-1排氣系統的壓縮比高達14，不走通常的路線，在性能上有所犧牲，但憑借活塞、點火正時和發動機本身的輕量化設計，經濟性提高相當明顯。

然而，即便如此，也很難實現歐盟2020年新車平均碳排放目標95克/公里和2025年新車平均排放目標65克/公里。因此，馬自達的工程師們也在規劃下一代藍天技術的發展方向。

兩個基本點：高壓縮比

2014年初不久，馬自達動力開發總監簡光富先生透露了下一代技術的研發計劃：“第二代創馳藍天發動機預計將于2020年問世。與第一代發動機相比，第二代發動機的燃油經濟性將至少提高30%。"

眾所周知，馬自達的工程師使第一代創馳藍天發動機成為世界上壓縮比最高的汽油發動機，最高可達14。即使因為中國的燃油質量問題，國產ATENZA和CX-5的壓縮比也降低到了13，但高于SUV的壓縮比，后者約為12。在普通汽車發動機上，根據排量的不同，壓縮比只有8-10。

顯然，工程師們對這些數據并不滿意。人們看到廣佛說，在創造藍天的第二代發動機中，壓縮比是18。

增加壓縮比意味著汽油發動機的壓縮過程結束后，混合物的溫度和壓力會更高，燃燒過程中會釋放更多的熱能，也就是說，當消耗相同數量的燃料時，會產生更多的能量。這樣，即使在從熱能轉換為機械能的過程中轉換率保持不變，發動機產生的功率也會增加。因此，提高壓縮比相當于增加了能量的基礎，從根本上提高了發動機的動力輸出，即提高了燃油經濟性。

但我們也知道，汽油的壓縮阻力是有限的。高級汽油具有高壓縮阻力，在高溫下燃燒傳播速度慢，能夠承受更高的溫度和壓力；

缸內直噴的加入可以使汽油混合更加均勻，降低爆震的可能性，但這不允許壓縮比無限增加。第一代能夠實現14的壓縮比的原因也是以犧牲一些性能為代價的。

然而，如果我們繼續犧牲性能，那么繼續將壓縮比提高到18是不現實的。如果大排量發動機，比如2.5升發動機，除了碳排放之外沒有其他特性，而且特別肉，那么最好選擇小排量渦輪增壓發動機。

那么，馬自達的工程師是如何實現這一魔力的呢？

兩個基本點：HCCI

答案是HCCI。在談到提高燃油經濟性時，三雄表示，“如果我們想大幅提高燃油效率，唯一的方法就是稀薄燃燒。所謂稀薄燃燒就是降低汽油在汽油和空氣混合物中的比例，使單位體積的汽油能夠產生更高的能量，提高燃油效率。

均質壓燃（HCCI）是均質混合氣的壓燃技術。使用該技術后，汽油發動機的燃燒方式與柴油發動機的壓燃方式相同。HCCI技術的核心是均勻混合和壓燃，而高壓縮比是實現均勻混合和壓縮點火必不可少的。

只有當氣缸中的壓力足夠高時，在重新噴射混合物后，才有足夠的時間在壓縮沖程結束時形成均勻分布的混合物；

當然，只有當氣缸內的壓力和溫度足夠高時，我們才能在不使用火花塞的情況下達到汽油的燃點并使其燃燒。

由于氣缸內混合氣稀薄，相當于變相提高了汽油的壓縮阻力，在高壓縮比的情況下不會爆震。因此，HCCI技術和高壓縮比可以說是相輔相成的。人們看到廣福也在公告中表示，第二代創造藍天的主要技術是HCCI，順便說一句，高壓縮比只是HCCI的隱藏福利。

三種不同的燃燒模式

通用汽車從2007年到2009年研究了HCCI技術。梅賽德斯-奔馳還在2007年推出了一款名為DiesToto的發動機，該發動機也使用了HCCI技術，并配備了渦輪增壓系統。最大輸出功率為238馬力，在1.8升的排量下，最大扭矩可達400牛米。本田和現代，以及零部件供應商博世都報告了HCCI的研究，但這項技術從未在大規模生產中應用。

這是因為要實現HCCI，必須解決一些關鍵技術難題：

第一是燃燒時間的控制。HCCI會通過增加氣缸內的壓力和溫度使混合物自燃，因此應準確檢測和控制混合物的噴射過程、氣缸內的溫度和壓力，以確保燃燒在壓縮沖程結束時開始，這將提前浪費能量并延遲功率并影響輸出穩定性。因此，應認真加強發動機的ECU管理程序。

其次，為了避免爆震，HCCI的混合物是稀的。與傳統汽油發動機相比，使用HCCI技術的發動機排氣溫度會相對較低，發動機的最大負載也會受到限制。當發動機在高速和高負載下運行時，可能需要依靠火花塞進行點火。然而，如果使用火花塞點火，發動機的壓縮比不能太高以避免爆震，這需要發動機的壓縮率是可變的。要在技術上實現可變壓縮比，發動機的結構將更加復雜，成本將增加，并且在現有技術下無法保證穩定性。此外，低排氣溫度也是催化轉化器的問題，因為氧化/還原反應需要相對較高的溫度。

第三，HCCI同時進行壓燃和放熱，氣缸和活塞將受到強大的瞬時壓力，這對發動機的強度和重量要求更高。如果發動機的重量增加過多，也會抵消一些已經提高的效率。因此，如何在兩者之間找到平衡也是一個挑戰。隨著排放法規的日益嚴格，為了避免支付巨額罰款，汽車制造商爭相推出混合動力汽車和電動汽車，而對于傳統內燃機汽車，他們越來越傾向于小排量和渦輪增壓的發展方向。在這樣一個大環境下，自然吸氣發動機變得越來越少。如果有人仍然是自然吸氣的忠實粉絲，那么以旋轉發動機起家的馬自達絕對是其中之一。

2010年，馬自達提出了Skyactiv Technology。該技術以自然吸氣發動機為主體，以提高燃油效率為主要方向，輔以變速箱、底盤和車身結構的優化，減少傳動過程中的能量損失。

一個中心：自然吸氣

對于自然吸氣發動機來說，如果你想減少碳排放并提高燃油效率，只有兩種方法。一種是提高發動機本身的燃燒效率，在相同數量的燃料上擠出更多的動能輸出；

另一種是減少不必要的能源消耗，例如優化傳動系統、提高實際能量轉換率或減輕車身結構。

馬自達的藍天技術是從這兩個角度提高發動機上的燃燒效率，然后降低發動機變速箱底盤傳動系統在傳動過程中的能耗。其他如車身的輕量化設計。最終的結果也相當驚人。例如，去年的國產CX-5兩輪驅動版本和首款采用創馳藍天技術的國產2.0升自動變速器ATENZA，均達到了每百公里6.6升的綜合油耗，遠超同級別汽車。

億代創智藍天科技

在《“動力新王牌”系列7號：馬自達創馳藍天科技》一文中，車云詳細介紹了創馳藍天發動機在沒有渦輪增壓的情況下實現如此高效率的秘訣。4-2-1排氣系統的壓縮比高達14，不走通常的路線，在性能上有所犧牲，但憑借活塞、點火正時和發動機本身的輕量化設計，經濟性提高相當明顯。

然而，即便如此，也很難實現歐盟2020年新車平均碳排放目標95克/公里和2025年新車平均排放目標65克/公里。因此，馬自達的工程師們也在規劃下一代藍天技術的發展方向。

兩個基本點：高壓縮比

2014年初不久，馬自達動力開發總監簡光富先生透露了下一代技術的研發計劃：“第二代創馳藍天發動機預計將于2020年問世。與第一代發動機相比，第二代發動機的燃油經濟性將至少提高30%。"

眾所周知，馬自達的工程師使第一代創馳藍天發動機成為世界上壓縮比最高的汽油發動機，最高可達14。即使因為中國的燃油質量問題，國產ATENZA和CX-5的壓縮比也降低到了13，但高于SUV的壓縮比，后者約為12。在普通汽車發動機上，根據排量的不同，壓縮比只有8-10。

顯然，工程師們對這些數據并不滿意。人們看到廣佛說，在創造藍天的第二代發動機中，壓縮比是18。

增加壓縮比意味著汽油發動機的壓縮過程結束后，混合物的溫度和壓力會更高，燃燒過程中會釋放更多的熱能，也就是說，當消耗相同數量的燃料時，會產生更多的能量。這樣，即使在從熱能轉換為機械能的過程中轉換率保持不變，發動機產生的功率也會增加。因此，提高壓縮比相當于增加了能量的基礎，從根本上提高了發動機的動力輸出，即提高了燃油經濟性。

但我們也知道，汽油的壓縮阻力是有限的。高級汽油具有高壓縮阻力，在高溫下燃燒傳播速度慢，能夠承受更高的溫度和壓力；

缸內直噴的加入可以使汽油混合更加均勻，降低爆震的可能性，但這不允許壓縮比無限增加。第一代能夠實現14的壓縮比的原因也是以犧牲一些性能為代價的。

然而，如果我們繼續犧牲性能，那么繼續將壓縮比提高到18是不現實的。如果大排量發動機，比如2.5升發動機，除了碳排放之外沒有其他特性，而且特別肉，那么最好選擇小排量渦輪增壓發動機。

那么，馬自達的工程師是如何實現這一魔力的呢？

兩個基本點：HCCI

答案是HCCI。在談到提高燃油經濟性時，三雄表示，“如果我們想大幅提高燃油效率，唯一的方法就是稀薄燃燒。所謂稀薄燃燒就是降低汽油在汽油和空氣混合物中的比例，使單位體積的汽油能夠產生更高的能量，提高燃油效率。

均質壓燃（HCCI）是均質混合氣的壓燃技術。使用該技術后，汽油發動機的燃燒方式與柴油發動機的壓燃方式相同。HCCI技術的核心是均勻混合和壓燃，而高壓縮比是實現均勻混合和壓縮點火必不可少的。

只有當氣缸中的壓力足夠高時，在重新噴射混合物后，才有足夠的時間在壓縮沖程結束時形成均勻分布的混合物；當然，只有當氣缸內的壓力和溫度足夠高時，我們才能在不使用火花塞的情況下達到汽油的燃點并使其燃燒。

由于氣缸內混合氣稀薄，相當于變相提高了汽油的壓縮阻力，在高壓縮比的情況下不會爆震。因此，HCCI技術和高壓縮比可以說是相輔相成的。人們看到廣福也在公告中表示，第二代創造藍天的主要技術是HCCI，順便說一句，高壓縮比只是HCCI的隱藏福利。

三種不同的燃燒模式

通用汽車從2007年到2009年研究了HCCI技術。梅賽德斯-奔馳還在2007年推出了一款名為DiesToto的發動機，該發動機也使用了HCCI技術，并配備了渦輪增壓系統。最大輸出功率為238馬力，在1.8升的排量下，最大扭矩可達400牛米。本田和現代，以及零部件供應商博世都報告了HCCI的研究，但這項技術從未在大規模生產中應用。

這是因為要實現HCCI，必須解決一些關鍵技術難題：

第一是燃燒時間的控制。HCCI會通過增加氣缸內的壓力和溫度使混合物自燃，因此應準確檢測和控制混合物的噴射過程、氣缸內的溫度和壓力，以確保燃燒在壓縮沖程結束時開始，這將提前浪費能量并延遲功率并影響輸出穩定性。因此，應認真加強發動機的ECU管理程序。

其次，為了避免爆震，HCCI的混合物是稀的。與傳統汽油發動機相比，使用HCCI技術的發動機排氣溫度會相對較低，發動機的最大負載也會受到限制。當發動機在高速和高負載下運行時，可能需要依靠火花塞進行點火。然而，如果使用火花塞點火，發動機的壓縮比不能太高以避免爆震，這需要發動機的壓縮率是可變的。要在技術上實現可變壓縮比，發動機的結構將更加復雜，成本將增加，并且在現有技術下無法保證穩定性。此外，低排氣溫度也是催化轉化器的問題，因為氧化/還原反應需要相對較高的溫度。

第三，HCCI同時進行壓燃和放熱，氣缸和活塞將受到強大的瞬時壓力，這對發動機的強度和重量要求更高。如果發動機的重量增加過多，也會抵消一些已經提高的效率。因此，如何在兩者之間找到平衡也是一個挑戰。

標簽：馬自達本田奔馳現代

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