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马自达正在研发六缸SKYACTIV-X发动机,将彻底改变内燃机结构

2024-02-25

大约六年前的2018年,马自达宣布了SKYACTIV-X,是一款采用新技术的发动机,承诺“彻底改变内燃机。”此外,这款SKYACTIV-X与SKYACTIV-G相比,扭矩提升了10%以上,燃油效率提升高达20%至30%。SKYACTIV-X的核心技术就是不使用火花塞就可以压缩点火的汽油发动机,真正告别了更换火花塞的烦恼,然而这项技术离真正普及还有很多的挑战。

作为参考,与之前的 SKYACTIV-G 发动机相比,SKYACTIV-X(2.0升)发动机的最大输出功率为190马力,燃油效率提高了10%,但二氧化碳排放量仍保持在5%左右。马自达的SKYACTIV-X发动机是所谓的均质压缩点火(HCCI)发动机,是汽车行业数十年压燃式汽油发动机的巅峰之作,燃油效率将与之前的车型相当。

福特、通用、日产、本田、奔驰和现代等主要汽车制造商都开发了HCCI发动机的原型机,据说美国能源部也为这项技术的研究提供了资金,但大多数努力都失败了。然而,马自达是少数成功将这项技术投入实际应用的汽车制造商之一。

汽油发动机通常使用“奥托循环”,其中发动机使用火花塞点燃混合物,该混合物要么在进气中预混合,要么在燃烧室本身中混合,如直喷发动机。但柴油发动机压缩本身会产生点燃混合物,因此不需要火花塞。

HCCI 发动机使用汽油作为燃料,但其工作原理与柴油发动机类似,使用压缩点火而不是火花塞进行点火,从而快速均匀地点燃。然而,出现了一个主要问题:HCCI燃烧难以控制,并且只能在很小的转速范围内运行。

关于通用汽车HCCI发动机原型的报告指出,压缩点火仅在 1,000 至 3,000 rpm 之间可用,需要非常小心。奥托循环汽油发动机使用火花来控制点火正时,但柴油发动机使用燃油喷射来达到相同的目的,并且在每种发动机类型中,都使用“火花”和“燃油喷射”来点火。精确控制,很难达到与HCCI发动机类似的精度,因此,像上面提到的通用汽车发动机一样,在某些转速下可以使用压缩点火,但超出该转速范围则需要使用火花塞点火。

将这一理论付诸实践需要大量复杂的硬件:缸内压力传感器不断监测气缸内的状况,类似柴油机的超高压燃油喷射系统精确测量燃油油位。然而,马自达使用的是离合器式罗茨式增压器可将混合物稀释至理想比例14.7:1的两倍。

不过,SKYACTIV-X发动机目前仅提供“2.0升”版本,并且配备该发动机车辆的价格大约高出8%(与SKYACTIV-G相比)。考虑到实际马力、燃油效率和环保性能,无法产生更明显的市场效应。对于普通消费者来说,不会在意汽油发动机是否有没有火花塞,更关心的是价格和燃油效率。

此外,有统计数据显示,全球搭载SKYACTIV-X发动机的汽车销量比例仅为5%左右,也有人指出马自达并没有收回投入的成本。不过,马自达并未放弃这项技术,有报道称其正在开发6缸版本的SKYACTIV-X,使用阿特金森循环或米勒循环技术并将其与混合动力系统结合。