马自达的创驰蓝天技术不仅是压燃的汽油发动机，更是对未来汽车发展的一种愿景。该技术通过均质充量压燃技术（HCCI）实现，将汽油压燃技术与混合动力结合，以提高发动机效率。虽然HCCI技术在学术界多年，但实现量产仍面临诸多挑战，特别是稀燃后处理及转换为SI的控制。马自达的SPCCI技术在燃料自燃点以上点燃汽油，同时保留火花塞作为控制，解决了HCCI燃烧起点不可控的问题。马自达勇于尝试，尽管技术还在发展中，但创新的努力值得肯定。
复活了~复活了~拖延症深度患者终于来填坑了~
想当初自己立的FLAG，说粉丝数过100就上来冒泡，结果现在都300了！
…..
好吧，以后要干巴爹！
那么第一个坑，填的就是你——SPCCI。
PART1神奇的马自达与skyactive
马自达成立于1920年，至今已经有100+年历史(比丰田本田都要老！)不同于两田的famous，马自达规模一直不大，但始终拥有一批忠实的小众车迷(比如我)。曾几何时RX-7风靡全球，转子发动机是车迷心中不可取代的白月光，即使是现在，转子由于高油耗而被逼退出历史舞台，马自达仍努力延续转子发动机的生命。这几年转子发动机要复活的声音不绝于耳，但随着转子发动机之父山本健一的去世，转子发动机复活的希望似乎越来越渺茫，许多车迷(其实是我)只能靠刷刷近年马自达关于转子发动机的专利聊以度日，并期待着未来哪天氢能走入寻常百姓之家后，氢转子发动机或许就能重出江湖了。
那么，没了转子发动机的马自达，该何去何从？
答案是，创驰蓝天。
大概是2015年，国内的自媒体就开始疯狂宣传马自达创驰蓝天的概念，但其实早在2010年，马自达在日本就已经发布了相关的动力总成概念雏形“MazdaSKYConcept”，隶属于“SustainableZoom-Zoom”框架。
概念有点多，稍微解释下。
“SustainableZoom-Zoom”是马自达对于未来汽车的发展愿景，目前已经发展到2030年版。
这是个很general的图，很多机构都做过类似的预测，结论是相似的：
1)电气化是必然的趋势；
2)电车和燃料电池车的占比会增加；
3)内燃机(含混动)占比减小，但仍占绝对优势；
4)考虑到总车辆数目是持续增长的，所以内燃机车的体量仍有增长空间。
嗯，现在其实造车新势力的发展速度非常可观，加上天朝大力鼓励电动车的发展，因此大家对内燃机未来的前景总是喜忧参半的。但总之，新生事物总是会受到旧实力的围剿，自身也要经历痛苦的成长过程，能不能破茧而出也需要等到时间的验证，而日本人较为务实的性格决定了他们坚持走混动路线，等待时机的出现。保守吗？我认为不，拿氢能研究来说，马自达老早就开始研究氢发动机，丰田的Mirai虽然产量不多，但确实是量产FCEV的先驱之一，凡此总总，其实人家也是努力在做技术储备的，只是时机不成熟，尚未大规模推广而已。
这种情形下，马自达选择继续深挖内燃机的潜力的基础上，持续电气化，加入混动架构，糅合自动驾驶等互联技术，构造出skyactive(中文：创驰蓝天)的整套体系。可以看到其实skyactive包括发动机、变速器、车身等多种组成，而我们今天说的SPCCI，其实只不过是skyactive-X中的特有燃烧方式而已。
先贴个耳熟能详的路线图说结论，Skyactive在汽油机这一分支，其实有三代产品：
一代目：skyactive-G,G是gasoline汽油的意思，所以同样也有skyactive-D柴油版；
二代目：skyactive-X，X我认为是无法定义的意思，因为SPCCI走的是汽油可控压燃的路线，已经跟传统的汽油点燃有所区别；
三代目：不区分柴油和汽油版，马自达的野望还是很大的，终极形态是综合汽油机和柴油的优点，舍弃各自的缺点，做到一个可以达到柴油机效率的，但排放仍保持跟一般汽油机较低水平的版本。
可能有些同学有点晕，要解释清楚为什么马自达要走一条终极糅合路线，需要说明下传统汽油机和柴油机的优缺点，简单列个表：
简单来说就是，汽油机其他什么都好，就是油耗没有柴油好，那能不能在汽油机上，使用优化的柴油机技术，使油耗变好的同时，其他参数都保持优秀呢？
当然可以，这就是二代目skyactive-X和三代目要做的事。
好了，要解释清楚SPCCI和上面这个表，我们要从SI和CI的燃烧方式说起。
PART3SI、CI→HCCI→PCCI→RCCI→SPCCI
我们常说，适合的人做适合的事，那么，没天分的人是不是一开始就应该及早放弃？当然不是，只是要更加勤奋才行。
汽油和柴油这两兄弟，天分各异。汽油的自燃点约400-500℃，而柴油只有220℃，这就是说，柴油比汽油更容易达到自燃的温度，而活塞通过压缩冲程在缸内产生的高温可以轻松达到柴油的自燃点，但无法达到汽油的自燃点，因此柴油更适合被压燃，compressionignition(CI)。
而汽油的闪点低于28℃，轻质柴油的闪点在45-120℃，闪点低代表更容易被点火源点着，显而易见，汽油更适合于被点燃，即sparkignition(SI)。
由于柴油压燃多点着火，使稀薄燃烧成为可能，柴油机相比汽油机最大的优势是，缸内的过量空气系数可>>1，通过吸入过量的空气，喷入少量的柴油，即可获得与汽油机相近甚至更高的扭矩输出，燃油经济性非常明显。
但onecoinhastwosides，CI的优点也是缺点。CI的多点着火燃烧，会导致燃烧噪声比SI高不少，从而NVH会更差；同时，多点着火使短时间内缸内温度急剧上升，NOx排放剧增，因此要使用昂贵的后处理去满足排放法规，因此柴油机的购买成本也较高。
近年来油耗排放法规已经越发严厉，也开始出现汽油机和柴油机不分家，采用相同的排放标准，工程师们绞尽脑汁，终于黔驴技穷，出现了“大众排气门”这一幕。究其原因，其实是因为大众已经很难在排放控制和成本上平衡，因此铤而走险，想出了法规测量和真实道路条件下采用不同的标定策略，从而技术性地满足排放法规的“高招”。为了降低原排，目前也有OEM采用的是降低压缩比的方案，使压缩终了的温度压力下降，从而使柴油燃烧的最终温度也下降，降低原排进而减小后处理的成本压力，这也是马自达一直在做的(图3右侧的柴油机路线)，通过不断降压缩比进而发展到柴油机和汽油机同源的三代目。
那么问题来了。
Q：既然压燃下可以获得较高的热效率，何不使用汽油进行压燃？
A：但是你刚解释过了，汽油的自燃点很高，不适合压燃！
Q：那只要我把缸内温度提高到汽油自燃点以上，就行了吧？
嗯，HCCI就是这么干的。
HCCI(HomogeneousChargeCompressionIgnition)中文叫均质压燃，是汽油压燃的一种新型燃烧方式。顾名思义，重点在均质和压燃两个关键点上。
均质通过MPI或者进气冲程的DI喷射，使缸内的混合气有足够的时间混合均匀。压燃主要通过两种手段实现：
一是对进气进行加热(方法有很多，预热塞，或者内部EGR或外部EGR等)；
二是搭配高压缩比(一般16+),使压缩终了时缸内的温度压力超过汽油的自燃点，最终实现汽油压燃。
HCCI这个概念在学术界已经玩了许多年，但是一直都没有量产，即便是这次马自达的SPCCI，也不是严格意义上的HCCI，连PCCI都不是，因为最后还是用了火花塞作为控制。HCCI量产的困难有好几个，首先，燃烧起点不可控。我们都知道，柴油机控制点火时刻，靠的是喷油时刻(因为柴油真的是一喷就着的暴脾气)，但汽油不是，汽油是个好脾气，很难压着，需要严格控制压缩终点的温度。那么HCCI能控制的，只是不同的进气温度而已。那么，一套复杂的进气预热系统及控制策略是必不可少的，考虑到发动机会经常在瞬态工况运行，如何能使进气温度能快速随工况变化而及时变化真的是非常伤脑筋的一件事。
最为重要的是，HCCI的运行工况区域非常窄小，大概是图5这么一点点，那么对于传统动力来说，肯定是不够的，即使是对于混合动力总成，也显得过于窄小，拓展HCCI的运行区域虽然也有一些技术，比如使用增压和EGR结合，从而降低大负荷下过高的压升率，但需要以牺牲油耗为代价。
PCCI全称Premixedchargecompressionignition，中文叫预混可控压燃。区别于HCCI，PCCI的主要特征是分层燃烧，通过多次喷射，第一次在进气冲程喷射形成均质混合物，最后一次在TDC附近喷射，通过在缸内形成局部混合气，在高温高压的缸内环境下引燃一喷形成的稀薄均质混合物。通过合理分配多次喷射的喷油量和最后一次喷射的喷油时刻，可以缓和HCCI在中大负荷下工作粗暴，有效拓展PCCI的运行工况，并使燃烧实现可控。但由于需要平衡的因素很多(进气温度、喷油时刻、两次喷油间的分配系数等)，实际标定需要耗费大量的工作，并且瞬态响应仍然是绕不过去的大山，所以量产仍有很长的路要走，目前比较接近量产的方案是Delphi/Aramco的GDCI(图6)，预计四代机的有效热效率可以达到48%。
铺垫了这么久，终于到SPCCI了。
SPCCI是SParkControlledCompressionIgnition，其本质就是加了一个火花塞的PCCI。马自达最终还是做了妥协，相比要做一套复杂的进气加温系统(图6)，用火花塞作为控制显然是更为简单且低成本的方案，并且对于整个MAP来说，SPCCI只运行在与HCCI相似的小块区域，其他区域不可避免地仍然要用SI的燃烧方式，因此火花塞是必不可少的。
与PCCI类似，SPCCI支持多次喷射，在进气冲程进行第一次喷射，使缸内形成均质的稀薄混合物，在TDC附近快速喷少量的燃油，为火花塞周围营造较为浓的混合气使点燃更为容易。由于需要在TDC附近短时间内精确喷射，马自达采用最高700bar的喷油压力(目前常规汽油机的喷油压力350bar)，在喷射相同油量的前提下，提高喷油压力可有效缩短喷油脉宽，可有助于SPCCI往高转速方向拓展(图5misfireduetoinsufficienttime)。
SPCCI的原理见图7，马自达用了一套很绕的理论来解释，其实本质就是，要给混合气足够的能量，使其达到汽油的自燃点。
这能量来源，主要由如下部分组成：
1)燃料自身燃烧产生的热量；
2)EGR带来的能量，无论这是内部EGR，还是外部EGR；
3)高压缩比压缩带来的高温高压环境；
4)火花塞在TDC附近点燃一小团浓混合气燃烧产生的压力波，压缩其他稀薄混合气到自燃点进行燃烧；
最后一点有点玄乎，马自达的官方说法是，通过火花塞点着一小撮浓混合气，产生的高温高压气体对缸内其他稀薄混合物进行加压，形成空气活塞(图7右，airpiston)，最终使缸内的剩余气体达到适合自燃的温度压力条件，进行燃烧。
各点之间不是完全独立，需要根据不同工况动态调整。
如第一点中喷入缸内的燃料，需要根据不同负荷需求进行定义，中小负荷(图7左,mediumload)输出负荷需求小，喷入的燃料自然就少，此时可喷入更多的空气，过量空气系数可以设置得很高，稀燃程度高，节油效果好，但由于少的燃料产生的热量也随之变少，此时便需要更多的EGR能量进行介入，辅以火花塞点火形成的空气活塞最后一压，BINGO，压着了。
而在中大负荷(图7左，highload)，喷入的燃料更多，空气占比变少，稀燃程度变低，同时由于燃料自身压燃燃烧产生的热量较高，因此所需要引入的EGR变少(或者不需要)。
因为有了火花塞的加入，马自达的SPCCI没有HCCI和PCCI这么难以控制，压燃的着火时刻，完全可以通过火花塞的点火时刻直接控制；进气的加热需求也可不那么依赖负责的EGR系统(EGR系统可进行简化)，由火花塞点燃的混合气燃烧产生的热量取代(取决于TDC附近那次喷射的喷油量大小)。
马自达的官方介绍就到这里了，但实际上，SPCCI不只是一种特别的压燃技术，要实现量产，需要解决的问题很多很多。
难题一：SPCCI和SI的切换
因为本来就有火花塞，点火时刻的控制会较为容易，重点在于进气量控制和喷油控制。SPCCI转换为SI，气多油少转变为气少油多，点火时刻也会发生相应改变，如果三者控制不好，容易造成混合气过稀而难以点着，从而导致发动机熄火的风险；而SI转换为SPCCI，油多气少转变为油少气多，如果控制不好，容易使燃烧过于粗暴，NVH变恶劣。临界点的策略管控也是重点，处于临界区域的工况点，应该避免频繁在SPCCI和SI之间切换，其中的控制策略也是大有可为之处。
难题二：稀燃后处理及策略
SPCCI本质就是使用了汽油压燃的稀薄燃烧技术，说到稀燃，这也是个大topic，没大几篇说不清楚，看大家是否有兴趣再展开说。稀燃是未来发动机热效率继续提升的重要技术之一，也是达到50%热效率的唯一途径，但是一直未能付诸量产，难点之一就是后处理及策略。我们现在用的TWC，是无法在过量空气系数>1的情况下高效转化NOx，因此需要发展专门的稀燃后处理技术，比如SCR，LNT，简单来说跟柴油机的后处理系统比较类似，上面也说了，柴油机后处理的成本很贵，这也是阻挠汽油稀燃技术的因素之一，但不是最重要的。最关键的是一般这些后处理设备都需要浓稀切换的控制策略，才能有效转化NOx。
但是以上的这些skyactive-x都没有配备，据前线测评的小伙伴们传来的消息，skyactive-x只有常规的TWC和GPF，没有稀燃的后处理，因此它也省却了复杂的后处理控制策略的开发。但这样做的前提是，NOx的原排(包括瞬态)就要满足排放法规，那么必然的，缸内温度不能过高，因为NOx的产生量与温度高度相关，温度越高，产生越多。由此推断，SPCCI使用的区域负荷不会太大，中大负荷仍是采用SI模式，并不如马自达的宣传材料这般宽广哈。
PART3后记
不得不佩服马自达强大的公关能力。从2010年开始宣传创驰蓝天，2015年宣传skyactive-X的SPCCI概念，到2019年欧洲量产skyactive-X版的Madaza3，即使实际对标效果并没有让人那么眼前一亮(也可能是之前风吹大了，大家的期望值也比较高)，但是skyactive概念早就深入人心了，在对标过程中引起的大范围讨论本来也是第二波免费的宣传。
无论如何，马自达也是敢为人先，可以说是汽油压燃量产的先驱，虽然运行工况受限，节油效果也稍打折扣，但在SPCCI的运行区域，由于大量空气的引入，发动机的泵气损失下降，区域热效率得以提升，从而减低了整车循环油耗。
非常期待马自达三代目的发展，和转子发动机的再度现世。
就酱吧~
那么，下回见~
以上内容由58汽车提供。如有任何买车、用车、养车、玩车相关问题，欢迎在下方表单填写您的信息，我们将第一时间与您联系，为您提供快捷、实用、全面的解决方案。
原创文章，作者：58汽车，如若转载，请注明出处：https://car.58.com/7163199/
