這是閱車深度技術解讀內容的第三期，這裡我們要先傳遞一個驚人的消息：純汽油車的百公里油耗已經降低到3.3L了。
這是個令汽油機愛好者振奮的消息，但步子也不能邁的太大，不然容易“扯”到。做到這件事情的是一家愛劍走偏鋒的車企，政策告訴所有車企，以後路上跑電動車，但這家車企一臺以電機做動力的車型都沒有；油耗測試說，小排量渦輪發動機測試工況更有優勢，但這家車企所有的車型都在使用自然吸氣發動機。
沒錯，這家公司就是馬自達。一個早年差點玩轉子玩到破產，又率先打破歐美廠商對勒芒24小時耐力賽冠軍壟斷的車企。
如今它又逆風而行，走上了改進燃油發動機的“不歸路”。這次，他們驕傲的向全世界宣佈：第二代創馳藍天技術（Skyactive-X）實現了百公里3.3L的油耗水平。（小參考：最新一代豐田凱美瑞雙擎混動百公里油耗4.1L）
為什麼一臺燃油車比混動還省油？
回想一下混動汽車（點擊跳轉）的內容，我們知道，燃油汽車在某些工況下，其熱能轉化為動能的效率並不高，普通發動機的熱效率只有30%，所以通過電機彌補發動機的不足，提升發動機在優良工況下工作的時間，就可以大幅降低車輛的油耗水平。
2.5L自然吸氣發動機的全新凱美瑞，雖然發動機熱效率高達40%，但其百公里油耗依然“高達”6.0L，在“THS II”雙擎混動系統的幫助下，才最終實現了百公里4.1L的低油耗。由此可見馬自達Skyactive-X發動機所達到了百公里3.3L有多麼恐怖。
而這一切的祕密，早在8年前馬自達就高調的向全世界宣佈過了：實現“稀薄燃燒”，是內燃機未來可行的發展方向。
稀薄燃燒，指發動機燃用的汽油濃度極低的可燃混合氣，可以用空燃比（A/F）數值作為參考。理論上說，混合氣燃油越稀，熱效率就越高，即1份燃油周圍均勻的混合更多空氣，其燃燒的就越充分。
但在實踐中工程師們發現：當空氣過稀時，不僅發動機油耗開始增加，動力也會下降，而造成這個現象的主要有2點原因：
1.燃油過稀導致了燃燒傳遞的速度過慢，燃燒連續性降低，這使得許多燃油燃燒的熱能無法轉化為動能。
2.混合濃度越稀，對燃油分佈的均與性要求就越高，如果油氣混合不夠充分，其實際燃燒的情況就會大大偏離預期，實際燃燒情況也會出現很大的隨機性。
這2個問題限制了燃油發動機進一步提升燃效，所以第一代的創馳藍天發動機為了提升燃油的霧化程度，就採用了6孔的高壓噴油嘴，還特意設計了進氣滾流，實現了“分層的稀薄燃燒”，加上燃燒後氣缸有著14:1的超高膨脹比，才最終實現了37%的超高熱效率，遠遠超出當時的行業水平。
但是對於“稀薄燃燒”技術來說，這僅僅是剛摸到一個門檻。
“稀薄燃燒”的入門：分層燃燒技術
分層燃燒技術投入實際使用的時間已經非常久了，所謂的分層燃燒，指混合氣濃度以火花塞為中心，向外成層級的降低。所以靠近火花塞的區域，油氣擁有較高的混合濃度，可以正常點火，而遠離的區域油氣混合濃度則較低，實現局部的“稀薄燃燒”，進而提升燃油的熱效率。
分層燃燒發動機相比普通發動機已經擁有了部分“稀薄燃燒”的優點：
1.可以採用更高的壓縮比，能同時提升了發動機的動力性和經濟性。
2.燃燒溫度低，因此由於溫差損耗的能量少，同時發動機零部件壽命更長。
3.排放更好，由於燃燒環境好、燃燒更加充分，所以排放也更好。
而目前把分層燃燒技術發揮到極致的，正是豐田燃效高達41%的全新2.5L Dynamic Force Engine發動機。雖然這臺發動機熱效率極高，但它並沒有在技術上進行大幅改革，整個發動機的工作原理依然基於阿特金森（米勒）循環系統。
經過一定時間的技術研發，如今的阿特金森（米勒）循環系統已經十分成熟，在普通的四衝程發動機工作原理下，發動機通過推遲進氣門關閉的時間，就可以簡單的實現壓縮比小於膨脹比，這項技術在一代創馳藍天發動機中也有使用：
1.壓縮行程中，氣缸內一部分空氣被排出，避免高壓縮比可能導致的爆震。
2.膨脹行程中，又可以利用更高的膨脹比，使燃燒更加充分，提升發動機熱效率。
在這個基礎上，豐田又打起了強化缸內氣體滾流的主意，我們前面說過“稀薄燃燒”會導致燃燒速度的下降，雖然可以提升燃油的燃效，但燃燒速度不足反而會影響發動機的性能，進而導致油耗的增加。而強化滾流，則可以提升發動機內部氣體的流動速度，一定程度上能提升燃燒速度，進而擴大“稀薄燃燒”的可發揮空間。
為了提升發動機的內部滾流，這臺2.5L的Dynamic Force Engine發動機設計相比過去豐田的發動機，其進氣門與排氣門的夾角，從31°擴大到了41°，氣缸比例方面缸徑縮小、行程增加，還特意在進氣道的末端設計了引導氣流的小凸角。經過這樣的改進，原本在2000rpm的轉速時壓縮行程缸內氣體2.5m/s的平均湍流速度被提高到了3.4m/s，而滾流比則從之前的 0.8 提高到了現在的 2.8。
與此同時，這項“高速燃燒技術”還包含了一個6孔的高壓噴油嘴，並且為了配合高速的滾流，形成更均勻的燃油混合氣，其噴孔間的角度也不是均勻分佈的。這還不算完，豐田在進氣歧管內也設置了一個噴油嘴（即平時說的電噴系統），與缸內直噴形成雙噴射系統，為“分層燃燒”提供最理想的狀態。
當然，Dynamic Force Engine發動機為了提升熱效率，也同時使用了VVT-IE進、排氣門雙可變正時結構，可變排量機油泵，以及EGR廢棄循環系統等技術。
出於對技術的自信，豐田發動機先行設計部部長友田晃利和“馬自達創馳藍天發動機之父”人見光夫都曾放話：其發動機熱效率將達到50％。不過目前來看，技術更進一步的馬自達可能將先一步達成這個目標。
“稀薄燃燒”的新世界：“均質壓燃”技術
事實上，在2017年美國環境保護署（EPA）的燃料經濟趨勢報告中馬自達就排在所以汽車廠商的第一位，並且這還是馬自達連續第五年獲得此殊榮。雖然馬自達從未推出過混動車型和小排量渦輪增壓車型，但馬自達在技術領域的成就一直有目共睹。
在全面應用一代創馳藍天技術後，馬自達似乎消沉了幾年，但其實馬自達的工程師一刻都沒有停止過實現“稀薄燃燒”的步伐。在新能源和小排量渦輪等著看笑話的情況下，馬自達用帶有“均質壓燃（HCCI）”技術的Skyactive-X發動機一下驚呆了所有人，這一筆甚至改寫了教科書：從此，汽油發動機也可以通過壓燃的方式進行點火了。
壓燃點火，熟悉發動機的朋友應該不陌生，所有柴油發動機均採用這種點火方式。壓燃不依靠火花塞點火，而是通過壓縮末端缸內自行產生的高溫、高壓引起混合氣的自燃。
這裡你可能要問了，火花塞點火變成壓燃只不過是點火方式的改變，這就能改變發動機的熱效率？答案當然是：YES。
實現均質“稀薄燃燒”要先搞定3件事情：
1.使汽油充分霧化，並保證缸內燃油混合氣的充分均勻。
2.提供燃燒速度，保證燃燒不會因為速度的降低而影響發動機做功。
3.提高點火效率，以點燃濃度並不高的燃油混合氣。
而壓燃屬於即時的多點燃燒，達到自然的溫度和壓力後，均勻分佈的燃油混合氣就同時出現多個自燃點，進而迅速點燃有多燃油混合氣，徹底消除燃燒速度變慢的問題。但為了實現“均質壓燃（HCCI）”，馬自達還研發出了多項黑科技，最終才讓均質“稀薄燃燒”成為可能。
為了使燃油混合氣達到極高的均勻程度，馬自達為發動機設計了供給壓力達1000bar的噴油嘴，雖然關於滾流的細節並未公佈，但可以推測全新的Skyactive-X發動機在這方面有著獨特的設計。
同時和普通汽油發動機不同，為了實現更精準的噴油壓力和噴油量控制，Skyactive-X發動機的油軌設計的又細又長。
其實在馬自達之前，就有許多品牌嘗試過在汽油發動機上使用壓燃技術，但都沒有取得實質性的突破，汽油的壓燃點極高，這就需要發動機提供足夠高的壓縮比，但這樣的條件下汽油混合機極易出現爆震，並且可工作的轉速區間也非常狹窄，所以這些廠家的努力最終均以失敗告終。
出現這樣的問題，其實很大程度上要歸咎於汽油的物理特性，因為汽油的點火溫度和壓力遠低於汽油壓燃所需的溫度和壓力，而柴油正相反。所以仔細觀察全新的Skyactive-X發動機你就會發現，這臺發動機雖然實現了“均質壓燃（HCCI）”，但它依然有著普通汽油發動機的火花塞結構。
馬自達雖然是“技術宅”，但畢竟沒法改變汽油的物理特性，為了克服壓燃不可控的問題，馬自達想到了用火花塞點火來控制氣缸內部的壓力。由於米勒循環的特性，雖然Skyactive-X發動機壓縮比高達18:1，但壓縮過程排出一定空氣後，其真實壓縮比在15：1-16:1之間，這樣的壓縮比還不足以自行引發壓燃。但通過火花塞的局部點火，膨脹的火焰球就可以迅速提高其他區域的壓力，馬自達將這個過程稱為“火花塞點火控制壓燃點火”，火焰球形成的“空氣活塞”不僅可控，還可以瞬間升高缸體內部壓力，觸發燃油混合氣的壓燃條件，進而實現“均質壓燃（HCCI）”。
為了更加精確的控制這一過程，Skyactive-X發動機還設計了一個泵氣機構，類似過去的機械增壓裝置，通過皮帶連接發動機系統，不過其泵氣量較小，同時還可以通過離合器斷開，以擴大可實現“均質壓燃（HCCI）”的轉速區間。
通過圖片可以看到，在藍色工況區域Skyactive-X發動機可以在火花塞不點火的情況下實現壓燃，例如勻速行駛、高速巡航的情況，但在低進氣量較低和負載過高的條件下，Skyactive-X發動機就要結合火花塞點火和壓燃點火兩種技術，讓火花塞間接控制壓燃的過程。
在改下教科書的同時，馬自達工程師還透露，相對於豐田發動機更追求某個瞬時工況的最高熱效率數字，但它的平均熱效率卻難以達到40%，這也是混動版凱美瑞和燃油版凱美瑞油耗相差近50%的原因。而馬自達不會過分追求數據的好看，會盡力提升Skyactive-X發動機的平均熱效率。
（低油耗的黃色區域大幅提高）
而事實上，Skyactive-X發動機不僅最高熱效率將達到50%，搭在2.0L Skyactive-X發動機的新馬自達3百公里油耗更降低到了3.3L。
“Well-to-Wheel”，請允許我脫帽致禮
8年前，馬自達提出不知所謂的“創馳藍天”，因沒有退出渦輪增壓車型遭到恥笑；4年前，當馬自達壓縮比高達14:1的一代“創馳藍天”Skyactive-G時，外界認為這不過是燃油發動機的苟延殘喘；但燕雀安識鴻鵠，2019年，第二代“創馳藍天”Skyactive-X發動機最終實現了他們曾說過的“稀薄燃燒”技術，並一舉拿出了超越全混動車型的油耗成績。
“創馳藍天”一詞中的“藍天”，可以看出馬自達對於節能的重視。不同於以電動偷換“環保”的概念，馬自達提出了“Well-to-Wheel”的理念，評估從能源生產環節到車輛行駛最終真實造成的排放汙染。
當然，我們不能否認電動汽車、發電科技在未來可能取得的進步，但多技術同時發展可以為人們提供更多的選擇，在國內依然有65%電能來源依靠火力發電的今天，通過提高內燃機熱效率達到節能減排也是一個好選擇。
均質壓燃（HCCI）技術還擁有媲美柴油發動機的清潔性，可以同時降低NOx和碳顆粒物的排放，通過測算，Skyactive-X發動機已經做到了目前在國外熱門的液化氣燃料排放的標準，未來甚至可以達到無煙燃燒的標準。
Skyactive-X發動機在油耗相比現款降低20%的同時，馬自然自然也沒有忘記消費者對性能的期待，Skyactive-X發動機2.0L發動機功率最大馬力將達到190匹，最大扭矩230牛·米，匹配全新馬三這樣的緊湊級車型，其0-100km/h的加速成績也同樣值得期待。
當然，發動機更加複雜的情況下，油品會直接影響動力的輸出，從馬自達官方測試的扭矩圖中就可以看出，Skyactive-X發動機和現款的Skyactive-G發動機在使用95號燃油時，其動力優於使用91號汽油，低標號汽油在低轉速下扭矩更加充沛，而高轉速下其表現則大幅下降。
關於燃油標號的誤區，我們換個時間再聊。其實市面上絕大多數發動機都有同樣的特性，但因為諸多原因，高低標號汽油在使用時沒有區別的錯誤信息就傳開了。當然，開發之初馬自達也考慮到了中國市場的油品問題，工程師們表示：新一代創馳藍天發動機可以完全應對中國油品。