凯美瑞(配置|询价)双擎还省油？百公里油耗3.3L的纯汽油发动机将带来什么？"/>

这是一个能令汽油机爱好者振奋的消息，但步子也不能迈的太大，不然容易“扯”到。做到这件事情的是一家爱剑走偏锋的车企，政策告诉所有车企，以后路上跑电动车，但这家车企一台以电机做动力的车型都没有；油耗测试说，小排量涡轮发动机测试工况更有优势，但这家车企所有的车型都在使用自然吸气发动机。

没错，这家公司就是马自达，一个早年差点玩转子玩到破产，又率先打破欧美厂商对勒芒24小时耐力赛冠军垄断的车企。

如今它又逆风而行，走上了改进燃油发动机的“不归路”。这次，他们骄傲的向全世界宣布：第二代创驰蓝天技术（Skyactive-X）实现了百公里3.3L的油耗水平。（小参考：最新一代丰田凯美瑞双擎混动百公里油耗4.1L）

为什么一台燃油车比混动还省油？

回想一下混动汽车（点击跳转）的内容，我们知道，燃油汽车在某些工况下，其热能转化为动能的效率并不高，普通发动机的热效率只有30%，所以通过电机弥补发动机的不足，提升发动机在优良工况下工作的时间，就可以大幅降低车辆的油耗水平。

2.5L自然吸气发动机的全新凯美瑞，虽然发动机最高热效率达到40%，但其百公里油耗依然“高达”6.0L，在“THS II”双擎混动系统的帮助下，才最终实现了百公里4.1L的低油耗。由此可见马自达Skyactive-X发动机所达到了百公里3.3L有多么恐怖。

而这一切的秘密，早在8年前马自达就高调的向全世界宣布过了：实现“稀薄燃烧”，是内燃机未来可行的发展方向。

稀薄燃烧，指发动机燃用的汽油浓度极低的可燃混合气，可以用空燃比（A/F）数值作为参考。理论上说，混合气燃油越稀，热效率就越高，即1份燃油周围均匀的混合更多空气，其燃烧的就越充分。

但在实践中工程师们发现：当空气过稀时，不仅发动机油耗开始增加，动力也会下降，而造成这个现象的主要有2点原因：

● 燃油过稀导致了燃烧传递速度过慢，燃烧连续性降低，这使得许多燃油燃烧的热能无法转化为动能。

● 混合浓度越稀，对燃油分布的均匀性要求就越高，如果油气混合不够充分，其实际燃烧的情况就会大大偏离预期，实际燃烧情况也会出现很大的随机性。

这2个问题限制了燃油发动机进一步提升燃效，所以第一代的创驰蓝天发动机为了提升燃油的雾化程度，就采用了6孔的高压喷油嘴，还特意设计了进气滚流，实现了“分层的稀薄燃烧”，加上燃烧后气缸有着14:1的超高膨胀比，才最终实现了37%的超高热效率，远远超出当时的行业水平。

但是对于“稀薄燃烧”技术来说，这仅仅是刚摸到一个门槛。

“稀薄燃烧”的入门：分层燃烧技术

分层燃烧技术投入实际使用的时间已经非常久了，所谓的分层燃烧，指混合气浓度以火花塞为中心，向外成层级的逐渐降低。所以靠近火花塞的区域，油气拥有较高的混合浓度，可以正常点火，而远离的区域油气混合浓度则较低，实现局部的“稀薄燃烧”，进而提升燃油的热效率。

分层燃烧发动机相比普通发动机已经拥有了部分“稀薄燃烧”的优点：

● 可以采用更高的压缩比，能同时提升发动机的动力性和经济性。

● 燃烧温度低，因此由于温差损耗的能量少，同时发动机零部件寿命更长。

● 排放更好，由于燃烧环境好、燃烧更加充分，所以排放也更好。

而目前把分层燃烧技术发挥到极致的，正是丰田燃效高达41%的全新2.5L Dynamic Force Engine发动机。虽然这台发动机热效率极高，但它并没有在技术上进行大幅改革，整个发动机的工作原理依然基于阿特金森（米勒）循环系统。

经过一定时间的技术研发，如今的阿特金森（米勒）循环系统已经十分成熟，在普通的四冲程发动机工作原理下，发动机通过推迟进气门关闭的时间，就可以简单的实现压缩比小于膨胀比，这项技术在一代创驰蓝天发动机中也有使用：

● 压缩行程中，气缸内一部分空气被排出，避免高压缩比可能导致的爆震。

● 膨胀行程中，又可以利用更高的膨胀比，使燃烧更加充分，提升发动机热效率。

在这个基础上，丰田又打起了强化缸内气体滚流的主意，我们前面说过“稀薄燃烧”会导致燃烧速度的下降，虽然可以提升燃油的燃效，但燃烧速度不足反而会影响发动机的性能，进而导致油耗的增加。而强化滚流，则可以提升发动机内部气体的流动速度，一定程度上能提升燃烧速度，进而扩大“稀薄燃烧”的可发挥空间。

为了提升发动机的内部滚流，这台2.5L的Dynamic Force Engine发动机设计相比过去丰田的发动机，其进气门与排气门的夹角，从31°扩大到了41°，气缸比例方面缸径缩小、行程增加，还特意在进气道的末端设计了引导气流的小凸角。经过这样的改进，原本在2000rpm的转速时压缩行程缸内气体2.5m/s的平均湍流速度被提高到了3.4m/s，而滚流比则从之前的 0.8 提高到了现在的2.8。

与此同时，这项“高速燃烧技术”还包含了一个6孔的高压喷油嘴，并且为了配合高速的滚流，形成更均匀的燃油混合气，其喷孔间的角度也不是均匀分布的。这还不算完，丰田在进气歧管内也设置了一个喷油嘴（即平时说的电喷系统），与缸内直喷形成双喷射系统，为“分层燃烧”提供最理想的状态。

当然，Dynamic Force Engine发动机为了提升热效率，也同时使用了VVT-IE进、排气门双可变正时结构，可变排量机油泵，以及EGR废弃循环系统等技术。

出于对技术的自信，丰田发动机先行设计部部长友田晃利和马自达“创驰蓝天发动机之父”人见光夫都曾放话：其发动机热效率将达到50％。不过目前来看，技术更进一步的马自达可能将先一步达成这个目标。

“稀薄燃烧”的新世界：“均质压燃”技术

事实上，在2017年美国环境保护署（EPA）的燃料经济趋势报告中马自达就排在所以汽车厂商的第1位，并且这还是马自达连续第5年获得此殊荣。虽然马自达从未推出过混动车型和小排量涡轮增压车型，但马自达在技术领域的成就一直有目共睹。

在全面应用一代创驰蓝天技术后，马自达消沉了几年，但其实马自达的工程师一刻都没有停止过实现“稀薄燃烧”的步伐。在新能源和小排量涡轮等着看笑话的情况下，马自达用带有“均质压燃（HCCI）”技术的Skyactive-X发动机一下惊呆了所有人，这一笔甚至改写了教科书：从此，汽油发动机也可以通过压燃的方式进行点火了。

压燃点火，熟悉发动机的朋友应该不陌生，所有柴油发动机均采用压燃点火方式。压燃不依靠火花塞，而是通过压缩末端缸内自行产生的高温、高压引起混合气的自燃。

这里你可能要问了，火花塞点火变成压燃只不过是点火方式的改变，这就能改变发动机的热效率？

答案当然是：YES。

先前我们说过，实现均质“稀薄燃烧”要先搞定3件事情：

● 使汽油充分雾化，并保证缸内燃油混合气的充分均匀。

● 提供燃烧速度，保证燃烧不会因为速度的降低而影响发动机做功。

● 提高点火效率，以点燃浓度并不高的燃油混合气。

压燃属于即时的多点燃烧，达到自然的温度和压力后，均匀分布的燃油混合气就同时出现多个自燃点，进而迅速点燃所有燃油混合气，彻底消除燃烧速度变慢的问题。但为了“均质压燃（HCCI）”，马自达还研发出了多项黑科技，最终才让均质“稀薄燃烧”成为可能。

为了使燃油混合气达到极高的均匀程度，马自达为发动机设计了供给压力达1000bar的喷油嘴，虽然关于滚流的细节并未公布，但可以推测全新的Skyactive-X发动机在这方面有着独特的设计。

同时和普通汽油发动机不同，为了实现更精准的喷油压力和喷油量控制，Skyactive-X发动机的油轨设计的又细又长。

其实在马自达之前，就有许多品牌尝试过在汽油发动机上使用压燃技术，但都没有取得实质性的突破，汽油的压燃点极高，这就需要发动机提供足够高的压缩比，但这样的条件下汽油混合气极易出现爆震，并且可工作的转速区间也非常狭窄，所以这些厂家的努力最终均以失败告终。

出现这样的问题，其实很大程度上要归咎于汽油的物理特性，因为汽油的点火温度和压力远低于汽油压燃所需的温度和压力，而柴油正相反。所以仔细观察全新的Skyactive-X发动机你就会发现，这台发动机虽然实现了“均质压燃（HCCI）”，但它依然有着普通汽油发动机的火花塞结构。

马自达虽然是“技术宅”，但毕竟没法改变汽油的物理特性，为了克服压燃不可控的问题，马自达想到了利用火花塞点火来控制气缸内部的压力。由于米勒循环的特性，虽然Skyactive-X发动机压缩比高达18:1，但压缩过程排出一定空气后，其真实压缩比多在15：1-16:1之间，这样的压缩比还不足以自行引发压燃。但通过火花塞的局部点火，膨胀的火焰球就可以迅速提高其他区域的压力，马自达将这个过程称为“火花塞点火控制压燃点火”，火焰球形成的“空气活塞”不仅可控，还可以瞬间升高缸体内部压力，触发燃油混合气的压燃条件，进而实现“均质压燃（HCCI）”。

为了更加精确的控制这一过程，Skyactive-X发动机还设计了一个泵气机构，类似过去的机械增压装置，通过皮带连接发动机系统，不过其泵气量较小，同时还可以通过离合器断开，以扩大可实现“均质压燃（HCCI）”的转速区间。

通过图片可以看到，在蓝色工况区域Skyactive-X发动机可以在火花塞不点火的情况下实现压燃，例如匀速行驶、高速巡航的情况，但在低进气量较低和负载过高的条件下，Skyactive-X发动机就要结合火花塞点火和压燃点火两种技术，实现更为精确的点火控制。

在改写教科书的同时，马自达工程师还透露，丰田发动机更追求某个瞬时工况的最高热效率数字，但它的平均热效率却难以达到40%，这也是混动版凯美瑞和燃油版凯美瑞油耗相差近50%的原因。而马自达不会过分追求数据的好看，会尽力提升Skyactive-X发动机的平均热效率。

（低油耗的黄色区域大幅提高）

而事实上，Skyactive-X发动机不仅最高热效率将达到50%，搭在2.0L Skyactive-X发动机的新马自达3百公里油耗更降低到了3.3L。

“Well-to-Wheel”，请允许我脱帽致礼

8年前，马自达提出不知所谓的“创驰蓝天”，因没有推出涡轮增压车型遭到耻笑；4年前，当马自达压缩比高达14:1的一代“创驰蓝天”Skyactive-G时，外界认为这不过是燃油发动机的苟延残喘；但燕雀安识鸿鹄，2019年，第二代“创驰蓝天”Skyactive-X发动机最终兑现了承诺，完成了曾说过的“稀薄燃烧”技术，并一举拿出了超越全混动车型的油耗成绩。

“创驰蓝天”一词中的“蓝天”，可以看出马自达对于节能的重视。不同于以电动偷换“环保”的概念，马自达提出了“Well-to-Wheel”的环保理念，来评估从能源生产环节到车辆行驶最终真实造成的排放污染。

当然，我们不能否认电动汽车、发电科技在未来可能取得的进步，但多技术同时发展可以为人们提供更多的选择，在国内依然有65%电能来源依靠火力发电的今天，通过提高内燃机热效率达到节能减排也是一个好选择。

均质压燃（HCCI）技术还拥有媲美柴油发动机的清洁性，可以同时降低NOx和碳颗粒物的排放，通过测算，Skyactive-X发动机已经做到了目前在国外热门的液化气燃料排放的标准，未来甚至可以达到无烟燃烧的标准。

在油耗相比现款降低20%的同时，马自然自然也没有忘记消费者对性能的期待Skyactive-X发动机2.0L发动机最大马力将达到190匹，最大扭矩230牛·米，匹配全新马自达3昂克赛拉(配置|询价)这样的紧凑级车型，其0-100km/h的加速成绩也同样值得期待。

当然，发动机更加复杂的情况下，油品会直接影响动力的输出，从马自达官方测试的扭矩图中就可以看出，Skyactive-X发动机和现款的Skyactive-G发动机在使用95号燃油时，其动力优于使用91号汽油，低标号汽油在低转速下扭矩更加充沛，而高转速下由于抗爆性不足其表现则大幅下降。

关于燃油标号的误区，我们换个时间再聊。其实市面上绝大多数发动机都有同样的特性，但因为诸多原因，高低标号汽油在使用时没有区别的错误信息就传开了。当然，开发之初马自达也考虑了中国市场的油品问题，工程师们表示：新一代创驰蓝天发动机可以应对中国油品。