马自达创驰蓝天:目标是追求完美发动机

BY 刘勍楠 加文刘

论脑洞,你不得不服日本人。许多你耳熟能详的日本公司,你根本想不到他们最早是干什么的。比如游戏机巨头任天堂,最早是做纸牌的。日本第一的汽车制造商丰田,最早是造织布机的。而我觉得脑洞最大的汽车公司马自达,最早是做软木塞起家的。

马自达创驰蓝天:目标是追求完美发动机

转型机械制造之后的起初三十多年,马自达并没有什么惊世骇俗的发明创造,只是兢兢业业地造着农用三轮车,然后一不小心垄断了日本农用三轮车80%的市场份额。到了上世纪60年代,日本政府决定将现有的10家汽车企业合并为3家,小规模的厂商除非拥有一项独当一面的技术,否则必须要被大厂商兼并,而马自达就是属于要被兼并的企业。独当一面的技术不是一夜之间就能诞生的,不过当时诞生了一项全新的发动机概念:转子发动机。这种发动机的转子旋转一周可以完成3次做功,而往复式活塞发动机曲轴旋转两周才能完成1次做功。相比往复式活塞发动机,转子发动机具有体积小、重量轻、单位排气量功率高等优点。

马自达创驰蓝天:目标是追求完美发动机

所以就在当时欧洲厂商都在研究给汽油发动机加上缸内直喷和涡轮增压这些技术的时候,时任马自达社长的松田恒次决定将公司的研发重心转向这种全新的发动机形式。虽然马自达斥巨资从转子发动机的专利拥有者NSU手上获得了授权,但实际上当时的技术只能说是半成品,气密性和耐久性不能兼得,根本无法量产。马自达为此组建了以山本建一为领导的转子研究部,集结了公司最精英的47名工程师,这支团队也被称为“四十七士”。山本建一对团队的每一个人说了一句话:“从现在开始,你们无论醒着还是睡觉,脑子里必须时时刻刻都想着转子发动机。”为了解决顶点密封材料,山本建一和他的团队尝试了有可能的每一种材料,最终在1963年,一名工程师提出了一种新的密封形式,并在日本Carbon公司的协助下,开发出新型铝碳复合材料,解决了顶点密封问题,转子发动机被马自达实现了量产。

马自达创驰蓝天:目标是追求完美发动机

后面的故事大家都知道了,山本建一被尊称为转子发动机之父,马自达凭借搭载四转子发动机的787B在勒芒24小时耐力赛夺冠,成为历史上第一个获得此殊荣的亚洲厂商。然而转子发动机由于排放和油耗的原因,逐渐还是淡出了市场。不过马自达从转子时代奠定的“钻牛角尖”技术发展风格并没有因此停止。在几乎所有厂商都把“涡轮化”作为发动机研发方向的时候,马自达再一次没有跟风,而是致力于把自然吸气发动机压榨到极限。于是马自达发布了创驰蓝天Skyactiv G发动机,把热效率由传统汽油发动机的28%~33%提升至38%。

这还只是马自达创驰蓝天计划的第一步,他们的终极目标是达成世界第一效率的理想内燃机。作为内燃机最主流的两种燃料形式,汽油发动机和柴油发动机各自具有优点和缺点,相比柴油发动机,汽油发动机的优点是高功率、排放清洁、制热性好,而缺点是低速扭矩输出低、响应性和燃油经济性不足,这些都是柴油发动机的优势。那么如果把汽油发动机和柴油发动机的优点结合起来,不就是完美发动机了?

马自达创驰蓝天:目标是追求完美发动机

柴油发动机的优势主要来自于其燃烧方式,汽油发动机的火花塞点燃是缓慢扩大的,柴油发动机的压燃方式可以让燃烧急速扩大。如果能让汽油发动机采用压燃,就能将二者的优点结合起来。发动机热效率的公式告诉我们,提高热效率主要靠两个途径,一个是增大压缩比,另一方面是提高比热比,在燃料一定的情况下,需要增加空燃比,也就是进行稀薄燃烧。而在现实情况,空燃比提高到一定程度燃烧就无法进行了,马自达的工程师们提出了一种新的方式,就是用火花塞点火,创造一个虚拟的反向活塞继续增加压缩,从而达到火花控制压燃点火(SPCCI)。利用火花塞控制点火方式的新一代创驰蓝天发动机被命名为Skyactiv X,这个“X”就是结合了汽油发动机和柴油发动机特点的意思。

马自达创驰蓝天:目标是追求完美发动机

Skyactiv X发动机相比第一代Skyactiv G发动机,主要有3个提升:快,在低转速区间,Skyactiv X发动机可以更快地响应,也就是起步更快了;猛,同等排量的Skyactiv X发动机拥有更高的功率,也就是动力更猛了,2.0升发动机目前功率是190马力;省,Skyactiv X发动机拥有更广泛的经济油耗区间,也就是油耗更省了。总结起来就是:马儿跑得更快,马儿吃得更少了。这是发动机工程师们几十年来都想做到的一件事。

马自达创驰蓝天:目标是追求完美发动机

你以为到这里就完了?马自达说还有一套组合拳没使出来。以前马自达提出过一套创驰蓝天技术,包括创驰蓝天发动机、创驰蓝天车身、创驰蓝天底盘、创驰蓝天变速箱等一系列技术。发展到第二代,马自达把它们统称为创驰蓝天车身架构,从车身、座椅、轮胎、悬架各个方面提升以至于达到“人马一体”的状态。第一个运用创驰蓝天车身架构的车型会是下一代马自达3,马自达把还处于研发阶段的下一代马自达3试验车在美弥试车场测试了。虽然还不是最终的量产状态,不过大部分的提升已经在这个Prototype上得到了体现:车身刚性大幅提升,不但高强度钢的运用比例得到了提升,还新增了一些强化结构。在许多关键部位增加了减震树脂胶块和树脂胶,吸收行驶过程中传到车身内的震动。全新研发的座椅,大幅提升包裹性,增加支撑以保持脊柱的S形弯曲和骨盆直立。毫不夸张地说,这是名车君坐过最舒服的汽车座椅之一。后悬挂改为半独立式扭力梁结构,这不是因为马自达想要节省制造成本,而是工程师希望将来自各个方向的力同一时间共同作用在乘员身上,现有阶段的技术用扭力梁结构可以做到更加优化的效果,等以后技术进一步发展,再改为独立悬架也说不定。与现款马自达3进行对比试驾后,原型车在通过颠簸路面的反应十分高级,对细碎震动的处理几乎达到了高级车的水平。

马自达创驰蓝天:目标是追求完美发动机

在美弥试车场一天的“试车”,不如说是一边试车,一边听马自达发动机和车身技术负责人讲课。跟技术人员的沟通时间甚至超过了驾驶的时间,而名车君却一点也没有感到枯燥,而是把心中的所有不解,一一向技术人员求证。根据我的体验,全新Skyactiv X发动机相比第一代Skyactiv G发动机动力的提升约有20%,尤其是在低转速区域可以明显感受到扭矩来得更快。而车身和底盘对震动的处理提升有30%,大大超越了我对马自达3的预期,弯道姿态基本维持了原有水平,提升不明显。这只是一辆工程样车在研发中期阶段交出的答卷。

在“钻牛角尖”的路上,不知道马自达还会继续走到什么程度,至少名车君是佩服到五体投地了……

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