路易士

撰文

12,354

2016

8月

4

或許,世事難兩全,因此,U-CAR先前執行的2016柴油議題 [U指數] 調查,除詢問網友對於柴油引擎的魅力優點,相同的,也詢問網友們最不欣賞柴油引擎的地方。

結果,在全部參與調查的4,202名網友中,分別有空氣汙染 (32%) 、車價偏高 (29%) 與 引擎聲不好聽 (24%) 三項主因,被網友列為柴油引擎最不讓人欣賞之處,其中,空氣汙染高居首位,顯見柴油引擎=不環保空汙的形象,是長期留在消費者心目中。

事實上,為因應全球普世對於環保議題的日趨重視,不論是汽油或者柴油動力系統,都致力於提高節能並改善排汙,尤其是日益受到國內消費者重視的柴油引擎,相較於以往傳統柴油引擎,也有不可同日而語的長足進步,關於新世代節能環保柴油引擎的演進與成就,我們可以藉由具代表性的Mazda,來一窺究竟。

高達32%的網友認為柴油引擎最大缺點,正是空氣汙染 (排煙臭/酸味、懸浮微粒、氮氧化合物) ,顯示柴油引擎空汙的印象深植人心。

新世代柴油引擎,SKYACTIV-D致力魚與熊掌兼得

內燃機的世界,也是魚與熊掌難以兼得;柴油引擎挾其低轉速大扭力,以及高效省油的特性,獲得消費者青睞,但相較於汽油引擎更高的排污,卻成為環境與健康的潛在殺手,無怪各國對於柴油引擎的NOx與PM排放量有越來越嚴苛的標準。

從上圖我們可看出,各國對於柴油引擎的NOx排放量有逐年更加嚴苛的趨勢。

強調技術本位的Mazda,在柴油車領域的輩分雖然不像歐洲車那般久遠,但自從發表SKYACTIV-D潔淨柴油引擎後,便展現不鳴則已、一鳴驚人的氣勢,將柴油引擎的陋習各個擊破,成就高效、輕量、節能、環保等完美表現,它靠的不是投機取巧的偏方,而是紮紮實實、從根源解決問題。以下我們將帶您深入了解SKYACTIV-D成功背後所付出的努力。

超低壓縮比設計

傳統柴油引擎的運轉原理,是靠高壓縮比的高壓高熱直接引燃油氣,但容易在空氣與燃料充分混合前就產生自然,因而引發局部異常燃燒現象,也就是燃燒不完全,其後果便是產生大量的氮氧化物(NOx)及煤灰,早期柴油引擎排放黑煙與高排放的惡名,就是因此而來。隨著環保意識的高漲,排放標準愈來愈嚴苛,車廠必須為柴油車加裝碳微粒過濾器與尿素催化系統兩大後端處理裝置,才能達到潔淨排氣的效用。

低壓縮比引擎因為有更充分的時間讓油氣均勻混合,大幅降低異常燃燒導致氮氧化物的產生。
由於發揮均勻燃燒的作用,SKYACTIV-D引擎不僅無須加裝SCR後端處理裝置,更只要輕量型DPF就能達到捕捉煤灰的功用。

Mazda了解到高壓縮比是柴油引擎高排污的根源,因此決定朝低壓縮比的技術進行研發,最後成功打造出世界第一低壓縮比的SKYACTIV-D柴油引擎,其壓縮比僅有14:1,比起傳統柴油引擎16:1~17:1的高壓縮比確實縮減許多。低壓縮比的優勢在於低溫低壓縮運作,可在延遲點火半毫秒的情況下,讓空氣與燃料有更多時間充分混合,如此一來可達到潔淨燃燒,進而減少氮氧化物及煤灰的產生,故不需要NOx後端處理裝置,DPF碳微粒過濾器則可採小型輕量化設計,是一具潔淨柴油引擎。SKYACTIV-D目前提供1.5L及2.2L兩種排氣量,雙雙提前通過Euro 6歐盟六期環保法規,NOx值在每公里80mg之下,PM值則是每公里在5mg以下,此外也適用於日本新長期EM制度。

先進渦輪科技-1.5L可變幾何單渦輪

為了促進柴油引擎的低轉速扭力表現,市售每一款柴油車都配置渦輪增壓系統達到輔助出力的效用,而Mazda更是為旗下兩款排氣量大小不一的SKYACTIV-D引擎,給予了不一樣的渦輪技術,以求在節能、排汙、輸出、性能表現上,達到一個完美的境界。

SKYACTIV-D 1.5L引擎目前使用在CX-3上,最大動力達到105hp/27.5kgm。
1.5L引擎採用單渦輪設計,透過VGT可變幾何葉片讓全轉速域都有亮麗演出。

首先看到排氣量1.5L的SKYACTIV-D引擎,由於是搭載於小型車上(如CX-3),講求的是緊湊體積,好把空間留給乘客,所以採用了VGT(Variable Geometry Turbocharger)可變幾何單渦輪增壓系統,在渦輪進氣端採用可變扇葉導角技術,不同轉速域下渦輪葉片的開啟角度會跟著改變,在低速運轉時可讓流速提高,提升扭力表現,而高轉速下則可增加氣流量,使動力延伸更為飽滿,即使僅有一具渦輪增壓器輔助,但仍然擁有優異的性能表現。而採用可變葉片導角技術還有額外一項功用,在排氣行程中可藉由葉片的關閉讓熱氣回流至汽缸,保持最佳工作溫度狀態,使運轉更加穩定順暢。SKYACTIV-D 1.5L引擎可在4000轉時產生105hp最大馬力,在1600至2500轉可發揮27.5kgm最大扭力,超越一般我們對小排氣量柴油引擎的認知。

渦輪扇葉採用可變導角設計,低轉速流速加快,高轉速則能增大進氣量,任何時刻都提供飽足的加速度。

先進渦輪科技-2.2L兩段式雙渦輪

國內消費者對於SKYACTIV-D的認識,其實是從這具搭載於Mazda 6及CX-5的2.2L柴油引擎開始,由於這兩款車分別為中大型房車及多功能運動休旅,在使用上偏向長途旅程與多人乘載用途,因此大馬力及大扭力輸出成為開發時的目標,最後Mazda選擇為這具2.2L引擎加裝雙渦輪系統。

SKYACTIV-D 2.2L引擎目前使用在CX-5及Mazda 6上,最大動力達到175hp/42.8kgm。
2.2L引擎採用一大一小的雙渦輪配置,低速時推動小渦輪,高轉速則改由大渦輪運轉,使全轉速域皆有著穩定充沛的動能。

有別於高性能車款使用雙渦輪是為了極致性能表現,SKYACTIV-D 2.2L引擎則是訴求在環保節能與輸出品質上取得良好平衡點,因此採用了兩段式渦輪的概念。所謂的兩段式渦輪就是配製兩具大小不等的渦輪系統,在低轉速運行時氣流僅會流向小渦輪,大渦輪則關閉,如此能獲得充沛且平順的扭力表現。而在高速運轉時,氣流則會導向大渦輪(同理小渦輪則休止),使動能可以徹底宣洩而出,達到出色的再加速反應。此種兩段式渦輪系統讓最大馬力達到175hp/4500rpm,最大扭力更一舉攀升至42.8kgm/2000rpm,扭力足以媲美4.0L V8汽油引擎。

搭載VVL及壓電噴油嘴使燃燒更溫定

除了世界第一的低壓縮比設計外,SKYACTIV-D還藉由多項科技使引擎更穩定、更有效率地運轉。為了讓低壓縮比引擎也能有良好的冷車運轉性能,所以SKYACTIV-D配置了VVL可變氣門揚程機構,它是藉由進氣行程中將排汽門略為開啟,讓高溫的廢氣回到汽缸內,達到引擎預熱、讓燃燒穩定的效用;低壓縮比引擎在冷車時也是利用VVL的關閉行程內部廢氣循環,達到快速熱車的效果。

2.2L柴油引擎配備VVL排氣可變汽門揚程系統,可將熱氣導回燃燒室內,讓引擎維持正常工作溫度,有助穩定燃燒。

SKYACTIV-D也採用壓電式噴油嘴,使噴入燃燒室內的油氣更加均勻,方便點火,加上優化點火時機與長衝程設計,解決過往低壓縮比柴油引擎動力不佳的癥結。以SKYACTIV-D 2.2L引擎來說,其最大扭力等同於一具4.0L V8自然進氣汽油引擎,展現極高的運轉效能。

壓電式噴油嘴以高壓噴射出均勻的混合油氣,進一步提升燃燒效率,增強輸出且降低排污。

從SKYACTIV-D的諸多科技中,我們可發現所作所為都是為了提高效率,減少排汙而生,對應到U指數調查中,消費者最在意柴油引擎造成的空氣汙染,可說不謀而合,SKYACTIV-D是一具能夠有效降低排汙的潔淨柴油引擎。

全數一級油耗達成

在了解SKYACTIV-D採用低壓縮比設計所帶來的潔淨功效後,我們再來檢視柴油車另一大專注指標,那就是節能性!所謂的節能就是低油耗,Mazda的工程師並非透過單一的SKYACTIV-D引擎來達成低油耗成果,尚結合SKYACTIV-DRIVE六速手自排變速系統、SKYACTIV-BODY輕量車體結構…等一系列的先進技術,齊力運作下才創造超高節能表現。

全車系搭配i-stop智慧怠速引擎啟閉系統,改善停等紅綠燈時浪費燃料的問題。

以國內販售車款為例,搭載1.5L柴油引擎的CX-3,平均油耗有著22.2km/L的超級演出,足以媲美Hybrid油電混合動力。而搭載2.2L柴油引擎的Mazda 6,在其豪華中大型房車的定位下,卻能有19.0km/L的油耗成績,同樣也逼近了同級距的Hybrid車款。而另一輛搭載2.2L柴油引擎的CX-5 2WD版本,平均油耗17.8km/L亦十分搶眼,即使是4WD版本也有15.2km/L的高水準演出,在在證明SKYACTIV科技在節能表現上展現過人實力,屢屢獲獎誠屬實至名歸。

國內搭載SKYACTIV-D引擎的三款車,包含Mazda 6、CX-3、CX-5,全都獲得一級能源評價,省油效率逼近甚至超越Hybrid車種。