馬自達將在 2018 年推出 Skyactiv-X發動機，打造世界首款壓燃汽油機。這款發動機采用了伊頓專為馬自達設計的增壓系統，具體請見圖片中央位置。

馬自達的創新 Skyactiv X 火花控制壓縮點火 (SpCCI) 燃燒系統預計將于2018年投產，這款發動機是數十年來內燃發動機領域發展的最重要成果之一。SpCCI發動機可以延長汽油發動機的實際使用壽命，這在全球排放規定愈發嚴格，且電動汽車加速發展壯大的大背景之下尤為重要。

馬自達公司董事、高級管理執行官藤原清志表示，未來幾十年內，SpCCI 技術將成為公司汽油發動機戰略的基礎。藤原告訴《汽車工程》，為了實現“零尾氣排放”的目標，未來汽車的動力單元將最終采用以微藻類為基礎的生物燃料，而 SpCCI 經過專門設計，可以支持更大排量的動力系統。

作為一種新興的燃料原材料，藻類將逐漸展現更大的潛力。

經過超過 8 年的集中研發工作，馬自達的SpCCI 系統終于成型。該系統結合了柴油發動機的能效和扭矩輸出優勢，以及雙凸輪汽油發動機的轉速優勢，還能同時保證每公里不超過60 克的 CO2 排放水平。除此之外，SpCCI 發動機的生產無需對原材料表單進行大規模變更，主要的改動僅集中在電子控制和氣缸頭部分。

目前，SAE 已經收到了大量有關奧托循環 (Otto) 柴油發動機的技術論文，各家汽車廠商也進行了大量相關工作，比如：梅賽德斯-奔馳一直在大力研發奧托循環柴油機DiesOtto（見http://papers.sae.org/2009-01-2701/）；通用汽車在開發均質壓燃 (HCCI) 發動機（見http://articles.sae.org/6635/）；本田和現代等廠商也在進行類似的研發（見http://books.sae.org/b-hon-016/）。然而，盡管這些資金充裕的大型汽車廠商一直在關注 HCCI 技術的研發，但截至目前尚沒有公司公布任何有關這些新興燃燒技術的量產計劃。

據悉，馬自達的最新技術合作伙伴豐田也對 SpCCI 系統興趣滿滿，并考慮在公司的主力混合動力電動車產品中應用這項技術。

與現行發動機架構相比，SpCCI 發動機的主要變化體現在汽缸頭、電子控制系統和氣泵增壓器方面。

柴油機般的強勁扭矩輸出

最近，在馬自達德國 Oberursel 歐洲技術中心舉辦的一次媒體活動中，筆者有幸試駕了兩款 2.0 L SpCCI Mazda 3 原型車（分別為手動擋和自動擋），完成了總長超過 30 英里（48 公里）的測試循環。真實體驗證明，火花點火模式(SI) 和壓縮點火模式 (CI) 之間難以順暢切換的長期挑戰，似乎已經得到克服。工程師表示，SpCCI原型發動機在低轉速時的表現的確有些生硬，但現在距離發動機的最終校準和生產仍有大約 1年時間，還可以進行進一步優化。

可以確定的是：在日常駕駛工況中，SI 和CI 之間的切換已經幾乎很難察覺了。本次測試循環的駕駛環境包括高速公路、鄉村和城市道路。在整個測試循環中，這款全新SpCCI 發動機轉速曾飆到接近6000 轉，整體排放水平即使說不上完美，也算是相當不錯了。這款發動機有 6擋轉速，可輕松降至 1200 轉，充分展示了自身如柴油機般強勁的扭矩輸出能力。

由于扭矩輸出的范圍更加寬廣，馬自達得以更加高效地調整車輛的檔位分布，從而進一步改善車輛的燃油經濟性并降低排放。

馬自達集合其汽油機和柴油機設計之精華，打造了新款 Skyactiv-X 發動機。

遺憾的是，截止本文發表之時，馬自達尚未公布 SpCCI 發動機的孔沖程、額定扭矩、功率等其他技術細節。馬自達稱，與現行 Skyactiv-G 汽油發動機相比，SpCCI 發動機的能效取得了 20% 到 30% 的提升。然而，從《汽車工程》得到的測試結果來看，情況可能并非如此喜人。在測試循環中，當 SpCCI 模式在整個循環測試中的運行時間超過95% 時，手動擋標配 Mazda 3SKY-G 取得了13.3% 的燃油效率提升，平均燃油經濟性從此前的29.4 提升至 34.0 mpg （即 100 公里油耗從8.0 L 下降至6.9 L）。

馬自達的數據表明，與公司當下的 2.0 L 汽油發動機相比，全新 Skyactiv-X 發動機不僅燃耗明顯更低，而且性能也更加強大。

自動擋汽車的情況也很類似，當 SpCCI 模式在整個循環測試中的運行時間超過 95% 時，自動擋測試車也取得了 14.75% 的燃油效率提升，平均燃油經濟性從此前的 29.9 提升至 35.1 mpg（即 100 公里油耗從35.1 L 下降至29.9 L）。

然而，取得這樣的數據結果，與該循環相對極端的測試方式也有關系。具體來說，馬自達的循環測試主要是為了評估發動機的屬性，比如高檔位下的低速和正常加速*** CI 模式之間的切換等，而這種情況在“正常駕駛環境”中并不常見。

馬自達 SpCCI 系統的燃燒策略圍繞火花塞展開，進而增強發動機的有效壓縮比，并“促進”壓縮點火過程。

壓縮比：從18:1 到15:1

從 2011 年啟動 Skyactiv 全面能效提升項目依以來，馬自達已經陸續推出了大量壓縮比達 14:1 的發動機。此外，SpCCI 也是 Skyactiv 項目的主要成果之一。根據馬自達工程師的數據，全新 Skyactiv-X 發動機的壓縮比可達 15.0:1。

“我們之所以將壓縮比控制在 15:1 ，是因為這最接近正常環境溫度下的壓縮點火條件，”馬自達動力系統執行官 Ichiro Hirose解釋說，“火花會形成一個膨脹的火球，而這個火球如同一個次級的‘空氣彈簧’，可以為發動機提供額外的壓縮壓力。由于火球是火花塞產生的，因此可以有效控制SI 和 CI 之間的切換。”

Hirose 補充說，“首先，取得超高壓縮比是使用稀薄空氣燃料混合燃燒的關鍵突破點；其次，發動機空燃比越低，相應的熱比則越高。為了實現這一重大突破，我們至少需要將空燃比提高一倍，從 14.7:1 提高至 30.0:1。”

正如《汽車工程》此前的報道，在 Skyactiv-X 項目的 G1、G2和 G3 階段，工程師通過將均質壓燃系統的壓力和溫度調整至理想狀態，進而將 λ為 2.5 時的發動機壓縮比調整至 18:1，取得了 40% 的熱效率提升。

在 SpCCI 發動機中，火花塞產生的火球可提高發動機的有效壓縮比，優化整個燃燒室內的燃燒環境。

馬自達 SpCCI 量產發動機取得的一大關鍵突破是對燃燒過程的精準控制。SpCCI 發動機的每個氣缸均安裝了獨立壓力傳感器，可以對溫度、壓力等發動機參數進行實時監測。發動機管理系統則會控制發動機的雙電動可變凸輪軸、空氣泵，以及將在500 bar (5252 psi) 時啟動的分離噴射系統。《汽車工程》了解到，馬自達的空氣泵采用了羅茨(Roots) 循環原理，由伊頓公司(Eaton Corp.) 專為馬自達SpCCI 發動機研制提供。

事實證明，對于處于 CI 模式下高負荷運轉的HCCI發動機，增壓系統和廢氣再循環系統的作用非常顯著。但馬自達研發管理執行官Takahisa Sori 也表示，在2013 年時，馬自達的目標是在更多不同負荷級別的自然吸氣發動機中成功實現稀燃HCCI 技術。Sori 的工程師擔心，氣泵的使用會影響發動機在真實世界中的燃油經濟性。

在與《汽車工程》記者的討論中，Sori表示非常看好HCCI 汽油發動機與混合動力系統的結合，認為在電機的協助下，可以擴大發動機的理想運行范圍。發動機完全可以通過小型化電機和電池的運用來降低成本。在此背景下，馬自達選擇與豐田的混動系統工程師展開合作也就不足為奇了。

SpCCI 發動機將分2 個步驟實現空氣和燃料的混合，分別在進氣沖程和壓縮沖程中進行燃油噴射。此時，燃燒室內將形成一個強勁的漩渦，進而產生燃料密度梯度，即CI 外圍的空燃混合物相對稀薄，而火花塞中心處的空燃混合物則較為豐富（有利于火球的形成）。

火花點火可以在高負荷條件下啟動發動機，但并不會在任何預設的點切換至壓燃模式。Hirose 解釋說，當發動機到達進氣邊界條件時，燃燒室內將產生一個不斷膨脹的火球。此時，由于點燃模式提供的額外壓縮力，發動機的實際壓縮比會高于約15-16:1 的幾何壓縮比，進而觸發CI 模式。

Hirose 同時提到，SpCCI 發動機的制造成本將介于柴油和汽油發動機之間。