汽油車燃效堪比混合動力 馬自達SKYACTIV技術全貌（一）

　　馬自達的方針是不僅改進發動機及變速箱，還將使車體重量減輕約100kg，從而在2015年之前使全球銷售的馬自達車的平均燃效比2008年提高30％。力爭通過發動機的改進提高15～20％；通過變速箱的改進提高4～7％；通過減輕車體重量提高3～5％；另外加上怠速停止機構等合計提高30％。

　　其中最具特點的是，新型汽油發動機由于實現了14.0的壓縮比，此舉大幅提高了效率，將燃效及扭矩比以往提高了15％（圖3、4）。以往汽油發動機的壓縮比方面，在標準汽油規格下為10.0左右。馬自達表示，如果將壓縮比從10.0提高到15.0，則有望實現約9％的熱效率提升。

圖3　SKYACTIV-G的扭矩特性 與已有的汽油發動機相比，提高了約15％。

圖4　SKYACTIV-G的燃效特性 與已有的汽油發動機相比，提高了約15％。燃料消耗量比已有的柴油發動機更少。

　　之所以此前壓縮比停留在10左右，是因為無法避免爆震（Knocking，異常燃燒）的發生。要想不產生爆震，則必須降低壓縮上止點溫度。馬自達重點關注的是不能從燃燒室排放出來的高溫殘留氣體。如果按照圖形來考慮的話，壓縮比為10.0的發動機上的活塞即使到達上止點，汽缸內燃燒氣體仍會有10％的殘留。

　　馬自達的計算結果顯示，當殘留氣體溫度為750 ℃、新氣溫度為25 ℃時，如果殘留氣體占10％，那么壓縮上止點的溫度會上升160 ℃。相反，如果將殘留氣體的量從8％減少一半，降至4％，那么即使將壓縮比從11.0提高到14.0，壓縮上止點也不會上升。

加長排氣歧管

　　此前，在減少殘留氣體的過程中存在的障礙是排氣歧管。近年來，由于可先行對觸媒進行激活，因此，發動機大多采用盡量縮短排氣歧管、并將觸媒配置在發動機后面的構造。然而，如果到排氣歧管集合點的距離太短的話，就會像圖5（a）上部所示的那樣，第3氣筒的排氣閥打開后產生的較高排氣壓力，正好會到達排氣閥與吸氣閥兩者均打開的交疊（Overlap）狀態下的第1氣筒。一度排放出去的尾氣又被吹回燃燒室內，高溫殘留氣體因此便會不斷增加。

圖5　采用4－2－1排氣系統 （a）如果采用較短排氣歧管的配置（上），則第3氣筒的排氣閥打開后產生的較高排氣壓力，正好進入排氣閥與吸氣閥兩者均打開的交疊狀態下的第1氣筒。其結果是，一度排放出來的尾氣被吹回燃燒室內，高溫殘留氣體不斷增加。如果采用4－2－1排氣系統（下），則可避免這種現象，從而減少殘留氣體。（b）巻成環狀后體型縮小了的4－2－1排氣系統。

　　為了避免這種現象，馬自達采用了增加排氣歧管長度的4－2－1排氣系統。通過首先將4條流路匯集成2條、然后再匯集成1條的方式，使各個氣筒間的距離保持在相同狀態。

　　要想減少殘留氣體，提高有效區段的扭矩，以往需要600mm的管長。馬自達通過采用卷成環狀的“Loop型排氣管”，實現了節省空間〔圖5（b）〕，但即便如此，就像前面提到的那樣，排氣歧管比以往更占地方卻是不爭的事實。