馬自達百年獻禮（六）減排：從氫轉子到汽油壓燃
無獨有偶，大眾汽車首席技術官馬提亞斯·拉貝（Matthias Rabe）近日也表示：「儘管二氧化碳排放的限制越來越嚴，但隨著新型環保燃料的發展，內燃機仍然擁有長久未來。環保燃料來源於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域使用。另外，電動車笨重的電池或將進一步刺激合成燃料的發展。」
這傳達了一個信號，汽車要追求環保並不是要一味否定內燃機，盲目發展電池動力，只要能擺脫對石油的依賴，降低污染的排放，任何實現方式都有意義。
上一篇介紹了馬自達的入華辛酸史，這一篇我們聊一下馬自達進入二十一世紀以來，在節能減排方面的思考和努力，繼續感受馬自達那股不妥協的韌勁。
轉子發動機是馬自達嘔心瀝血的看家手藝，它的優勢在於體積小巧，運轉平穩，動力輸出效率高，但短板是太費油。那麼如果不燒油，改用氫燃料呢？
氫燃料有三個巨大的優勢：
1、能量密度高。氫是除了核燃料之外發熱值最高的燃料，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。氫燃燒時除生成水和少量氮化氫之外不會產生一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等污染物，而少量氮化氫經過處理後也不會污染環境。燃燒生成的水還可以再用來分解出氫，做到循環使用。
3、自然儲量大。氫元素在地球上堪稱無處不在，地表、海洋、動植物體內都含有氫。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。
氫轉子技術解構
後來推出的「馬自達5氫轉子混合動力車」就解決了以上提及的兩大問題。
氫轉子為什麼沒有推廣？
但是到了2009年左右，不少廠商陸續宣布將減少或停止氫燃料汽車的研發，原因是氫能源理論上很美好，實用化卻依然可望不可即。
SKYACTIV-X汽油壓燃
其實氫能車和電動車在十九世紀就誕生了，並且都比內燃機汽車更早，但十九世紀人類不論在氫能源還是在電磁學領域的技術實力都非常有限，導致這兩種比汽油更適合用來驅動車輛的能源技術一直停滯不前，無法進入民用市場。
在新世紀開始的十年，氫能源應用的研究再次掀起熱潮，不過大家失望地發現它依然不具備推廣的天時地利人和。因此在第二個十年，電驅動有了空前的發展，絕大多數品牌也已經走上了電動化道路。
那麼SPCCI的突破點在哪裡？首先我們要先了解一下HCCI均質壓燃技術。
HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）——均質壓燃。為什麼燃料可以被「壓」燃，這裡就需要複習一下中學物理了。壓縮（外力對其做功）可以使得物體內部分子熱運動增強，內能增加，溫度就會升高。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？壓燃技術正是運用了這個原理，這也是柴油發動機的特性。
難處在哪兒？HCCI在汽油發動機上很難實現穩定狀態，因為燃燒的氧化反應過程複雜，從氧化反應開始，到混合氣引燃期間，會有一段從冷焰到熱焰的著火延遲。這個著火延遲與缸內溫度、壓力和燃料濃度都有關係（不同的駕駛條件下，壓縮衝程中存在溫度和壓力的變化），因此HCCI的著火時刻不易控制。
如圖所示，HCCI只適合於中低轉速的工況，那麼能否在其他轉速期間用火花塞來點火呢？
可以是可以，但前面說了，HCCI的著火時刻如迷一般難以捉摸，使得火花塞點火時機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，這就不利於發動機的平穩運轉和壽命。
為了實現將混合氣先點燃小部分再壓燃大部分，SKYACTIV-X發動機採用分段噴油，在進氣行程中先噴入少量汽油，點火增壓後，繼續在壓縮行程中再噴入足量的汽油進行壓燃。因此分段噴油是一個關鍵的小細節，它能夠降低發動機在高壓縮比的設定下，缸內混合氣過早爆燃的可能性，大大優化壓燃穩定性。
簡而言之，火花塞的存在，不是為了點火，而是一個為壓燃創造條件的輔助手段。
那麼加入了壓燃技術的SKYACTIV-X發動機有什麼優勢？
1、燃油經濟性的顯著改善
2、 顯著提高輸出性能和響應能力
馬自達研發汽油壓燃圖什麼？
馬自達並不是想秀技能，為了壓燃而壓燃，SKYACTIV-X的核心在於超稀薄燃燒，壓燃是它實現的手段。因為當空燃比超過理想的14.7:1之後，比值越高，混合氣越稀薄，就越難以被點燃，常規發動機空燃比達到19:1以上基本就點不著了。
因此內燃機依然有未來，石油枯竭可以尋找替代能源，降低污染可以採用清潔燃料，長遠來看，內燃機並不會因為電驅動的崛起而迅速消失。提高熱效率，提升動力，降低能耗，是永遠的課題。
電氣化
首款純電動車——MX-30
儘管馬自達認為內燃機更有未來，並且在未來一段時間內仍將致力於內燃機的研發，但這並不代表馬自達完全拒絕電氣化。畢竟，石油替代能源的普及應用遙遙無期，電驅才是短期未來的主流趨勢，放棄發展電動車意味將在不久的將來失去競爭力。
如今電動車的純電續航里程動輒500km以上，為什麼馬自達MX-30隻給出了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，綜合考慮電池製造時產生的二氧化碳，以及電池壽命終結時的回收處理和材料污染等等，35.5kWh是一個最為理想的選擇。
舒爾茨說：「經過測試，假如MX-30行駛16萬km後就必須更換電池，那麼它的二氧化碳排放總量（包括電池製造和回收環節），依然能和『減排能手』柴油版馬自達3相媲美。」
轉子增程式電動車
按照馬自達的規劃，轉子發動機未來將出現在全新的增程式新能源車當中，在最後一台轉子車型RX-8停產之後，這或許是轉子發動機復出的全新舞台。目前已經有非官方路邊消息稱下一代MX-5將採用電氣化的動力系統，或許它會是一個很好的載體。
其實早在2013年，馬自達就推出了一款基於馬自達2的增程型電動車，最大續航里程為380公里。
就連近30年來在新能源汽車上卓有成就的豐田，也十分認可轉子增程器未來在電動車上應用的廣闊前景，甚至打算把這種轉子增程技術用到自家的電動車上。2015年，豐田和馬自達已經構建了合作關係，並且在2017年互持對方股份，並且簽訂了更加具體的合作協議。也許哪一天我們真的會看到一台搭載轉子增程系統的豐田電動車。
總 結
汽車是節能減排的主力之一，全世界都投入了大量的精力在發展電動車這件事情上，但是電動車真的足夠環保嗎？馬自達沒有否認，但也有自己的理解。從氫轉子發動機，到轉子增程式電驅動，再到SKYACTIV-X汽油壓燃，馬自達總有自己的奇招。對於技術的探索，馬自達從未鬆懈，在傳承中堅守，在堅守中創新，在創新中破局，這便是馬自達百年來的生存之道。
（圖/文：太平洋汽車網 陳 ?燁）
