2 SPCCI提出的故事
马自达实现超稀薄燃烧采用的是马自达独有专利技术SPCCI（Spark Controlled Compression Ignition），并依靠这个技术首次实现了量产。下面以故事的角度来讲解下这个技术的思想。
2.1超稀薄燃烧的理论验证
2.1.1 预混合压缩燃烧（HCCI）
为了实现超稀薄燃烧，马自达做了一个有意思的试验——超稀薄燃烧极限挑战试验。如图6所示，在怠速转速下（750rpm），首先用正常的空燃比，点火时刻在MBT（最佳点火角）左右，火核形成，火焰正常扩散，随着曲轴角度(CA)的变化，中间的火焰渐渐的扩散开来；当空燃比调整至29.4：1后，正常点火，火核形成，但随着曲轴角度（CA）的变化，火焰无法传播，失火。火花塞点火（SI）超稀薄燃烧挑战失败。调整进气量，喷油量、物理压缩比等参数，即使空燃比到达38.8：1，在足够的压缩比下，压燃（CI）是可以实现的。因此可以得出，经过高压缩，在高温、高压下，压燃这种燃烧方式是成立的。
图6 超稀薄燃烧极限挑战试验
2.1.2压燃燃烧速度优势
上文中提到压缩燃烧的可行性，压缩燃烧（CI）的热效率明显高于火花塞点火燃烧（SI），最重要的原因是燃烧速度。如图7所示，火花塞点火时通过火焰扩散进行燃烧，火焰传播由点扩散到面，再传递至整个燃烧室，而压燃点火不局限于某一个点，而是很多个点同时进行燃烧，燃烧速度明显较火花塞点火快。
图7 火花点火和压燃点火对比
如图8所示，压燃为陡峭的山峰，点燃为平缓的山峰，这个山峰的高度相当于气缸内燃烧压力， 在同等条件下决定热效率的关键因素在最大燃烧压力值上，也就是燃烧室内的压力越大，其推力越大，能够转化为有用功越多，热效率也理所当然的高了。普通的火花点火下，由于火焰传播需要时间，当混合气充分燃烧时活塞已经从上止点向下运行一段距离，燃烧室内的空间变大，因此燃烧压力就降低了，有部分能量被浪费。但是压燃点火下，由于是多点均质燃烧，同一时间燃烧室内很多地方同时自着火，燃烧速度极快，活塞可能只下降了一点点就燃烧完全了，这时燃烧压力很大，充分推动活塞向下做工，热效率会很高。
图8 压燃和点燃燃烧速度对比图
通过这两块验证，马自达认为HCCI确实是实现理想燃烧的捷径，一头扎入了HCCI的世界。但是发现，这里有很多很多艰难困苦。
2.2 预混合压燃点火的挑战与对策
前文所述为压燃的优势，但是作为燃烧的核心，压缩燃烧并不是马自达提出的，行内很早就提出了HCCI（Homogeneous Charged Compression Ignition）预混合压缩燃烧的概念。马自达刚刚发布压燃发动机的时候，很多行外人甚至部分行内人都不屑一顾，甚至觉得这就是个噱头，食之无味弃之可惜的鸡肋。确实，HCCI国外很早就进行研究，但是一直停留在试验室阶段，到目前没有一款量产产品，因为其工程应用有一些不得不解决的难题。如图9所示，HCCI（压燃点火）的适用范围过小（转速范围、空气负荷范围），并且受到外界气候的制约。比如在低转速、低负荷下，气缸内温度不够导致未能压燃；在低负荷高转速下由于燃烧太少，发生压燃反应的时间不够从而失火；在高转速高负荷下又难以安定的燃烧，容易爆震。
外界环境-35℃到90℃的变化，大气压从海平面1bar到海拔5000m的0.6bar会让HCCI的工作范围变大缩小，因此，为了应对时时刻刻的环境变化，需要有一套对应方案，目前并没有机械结构能实现。
所以，在没有解决这些问题下，实验室吹嘘的HCCI并没有任何意义，即使它的热效率能够达到恐怖的60%。
图9 HCCI的局限性
图10是燃烧室内温度对压燃的影响，此为马自达研究的数据。HCCI由于物理条件的局限性，在不同燃烧温度下，压燃的表现是截然不同的，比如当燃烧室温度较高，压燃会进入的较早，燃烧剧烈，振动噪音明显；当燃烧室温度较低，压燃进入较晚，一方面燃烧效率低，一方面燃烧变得不稳定，也没有实际意义。马自达通过研究发现，要想实现完美的HCCI，必须将燃烧温度控制在+-3℃，如果不能如此精确控制的话，就会发生各种问题。但是在世界上的任何地点，任何海拔，从启动到高负荷都保持一致的燃烧温度是不可能的。马自达不禁思考，如果不能对燃烧温度控制的话，能否从压缩压力角度来尝试呢？
通过研究，马自达发现控制压缩压力也是可行的，可是，发动机的燃烧速度是比较快的，在任何负荷工况下，若不能实现瞬间切换压缩比就不可能精确控制，HCCI的瓶颈就是一套瞬间改变压缩比的结构。
图10 燃烧内温度对压燃的影响
很多研究机构和主机厂走到这一步就放弃了，执着的马自达顶着“技术宅”的身份并没有放弃，甚至开始兴奋了起来，因为他发现了一个可以称为空气活塞的东西，核心思想就是虽然没有任何物理结构能实现瞬间压缩比切换，但是化学爆炸可以实现，通过一个特殊火花塞点火形成火核，燃烧，在瞬间让燃烧室达到压燃所需要的高压，压燃（CI）就实现了。在这个设想下，对于容易CI的工况就延迟点火，形成小的再压缩。对于CI比较难的低负荷、高转速、低气温、低气压、高辛烷值燃油的情况，就提前点火，形成强烈的再压缩，从而保证一个合理的压燃（CI）。
SPCCI（Spark Controlled Compression Ignition）火花点火控制压燃着火横空出世，从奥林匹斯山上下来 如同黑夜降临！