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将柴油引擎的陋习,从根源改善─Mazda SKYACTIV

2020-07-04  点赞167   浏览量:612
将柴油引擎的陋习,从根源改善─Mazda SKYACTIV

或许,世事难两全,因此,U-CAR先前执行的2016柴油议题 [U指数] 调查,除询问网友对于柴油引擎的魅力优点,相同的,也询问网友们最不欣赏柴油引擎的地方。

结果,在全部参与调查的4,202名网友中,分别有空气汙染 (32%) 、车价偏高 (29%) 与 引擎声不好听 (24%) 三项主因,被网友列为柴油引擎最不让人欣赏之处,其中,空气汙染高居首位,显见柴油引擎=不环保空汙的形象,是长期留在消费者心目中。

事实上,为因应全球普世对于环保议题的日趋重视,不论是汽油或者柴油动力系统,都致力于提高节能并改善排汙,尤其是日益受到国内消费者重视的柴油引擎,相较于以往传统柴油引擎,也有不可同日而语的长足进步,关于新世代节能环保柴油引擎的演进与成就,我们可以藉由具代表性的Mazda,来一窥究竟。

[U指数]2016柴油议题调查报告新世代柴油引擎,SKYACTIV-D致力鱼与熊掌兼得

内燃机的世界,也是鱼与熊掌难以兼得;柴油引擎挟其低转速大扭力,以及高效省油的特性,获得消费者青睐,但相较于汽油引擎更高的排污,却成为环境与健康的潜在杀手,无怪各国对于柴油引擎的NOx与PM排放量有越来越严苛的标準。

强调技术本位的Mazda,在柴油车领域的辈分虽然不像欧洲车那般久远,但自从发表SKYACTIV-D洁净柴油引擎后,便展现不鸣则已、一鸣惊人的气势,将柴油引擎的陋习各个击破,成就高效、轻量、节能、环保等完美表现,它靠的不是投机取巧的偏方,而是扎扎实实、从根源解决问题。以下我们将带您深入了解SKYACTIV-D成功背后所付出的努力。

超低压缩比设计

传统柴油引擎的运转原理,是靠高压缩比的高压高热直接引燃油气,但容易在空气与燃料充分混合前就产生自然,因而引发局部异常燃烧现象,也就是燃烧不完全,其后果便是产生大量的氮氧化物(NOx)及煤灰,早期柴油引擎排放黑烟与高排放的恶名,就是因此而来。随着环保意识的高涨,排放标準愈来愈严苛,车厂必须为柴油车加装碳微粒过滤器与尿素催化系统两大后端处理装置,才能达到洁净排气的效用。

Mazda了解到高压缩比是柴油引擎高排污的根源,因此决定朝低压缩比的技术进行研发,最后成功打造出世界第一低压缩比的SKYACTIV-D柴油引擎,其压缩比仅有14:1,比起传统柴油引擎16:1~17:1的高压缩比确实缩减许多。低压缩比的优势在于低温低压缩运作,可在延迟点火半毫秒的情况下,让空气与燃料有更多时间充分混合,如此一来可达到洁净燃烧,进而减少氮氧化物及煤灰的产生,故不需要NOx后端处理装置,DPF碳微粒过滤器则可採小型轻量化设计,是一具洁净柴油引擎。SKYACTIV-D目前提供1.5L及2.2L两种排气量,双双提前通过Euro 6欧盟六期环保法规,NOx值在每公里80mg之下,PM值则是每公里在5mg以下,此外也适用于日本新长期EM制度。

先进涡轮科技-1.5L可变几何单涡轮

为了促进柴油引擎的低转速扭力表现,市售每一款柴油车都配置涡轮增压系统达到辅助出力的效用,而Mazda更是为旗下两款排气量大小不一的SKYACTIV-D引擎,给予了不一样的涡轮技术,以求在节能、排汙、输出、性能表现上,达到一个完美的境界。

首先看到排气量1.5L的SKYACTIV-D引擎,由于是搭载于小型车上(如CX-3),讲求的是紧凑体积,好把空间留给乘客,所以採用了VGT(Variable Geometry Turbocharger)可变几何单涡轮增压系统,在涡轮进气端採用可变扇叶导角技术,不同转速域下涡轮叶片的开启角度会跟着改变,在低速运转时可让流速提高,提升扭力表现,而高转速下则可增加气流量,使动力延伸更为饱满,即使仅有一具涡轮增压器辅助,但仍然拥有优异的性能表现。而採用可变叶片导角技术还有额外一项功用,在排气行程中可藉由叶片的关闭让热气回流至汽缸,保持最佳工作温度状态,使运转更加稳定顺畅。SKYACTIV-D 1.5L引擎可在4000转时产生105hp最大马力,在1600至2500转可发挥27.5kgm最大扭力,超越一般我们对小排气量柴油引擎的认知。

先进涡轮科技-2.2L两段式双涡轮

国内消费者对于SKYACTIV-D的认识,其实是从这具搭载于Mazda 6及CX-5的2.2L柴油引擎开始,由于这两款车分别为中大型房车及多功能运动休旅,在使用上偏向长途旅程与多人乘载用途,因此大马力及大扭力输出成为开发时的目标,最后Mazda选择为这具2.2L引擎加装双涡轮系统。

有别于高性能车款使用双涡轮是为了极致性能表现,SKYACTIV-D 2.2L引擎则是诉求在环保节能与输出品质上取得良好平衡点,因此採用了两段式涡轮的概念。所谓的两段式涡轮就是配製两具大小不等的涡轮系统,在低转速运行时气流仅会流向小涡轮,大涡轮则关闭,如此能获得充沛且平顺的扭力表现。而在高速运转时,气流则会导向大涡轮(同理小涡轮则休止),使动能可以彻底宣洩而出,达到出色的再加速反应。此种两段式涡轮系统让最大马力达到175hp/4500rpm,最大扭力更一举攀升至42.8kgm/2000rpm,扭力足以媲美4.0L V8汽油引擎。

搭载VVL及压电喷油嘴使燃烧更温定

除了世界第一的低压缩比设计外,SKYACTIV-D还藉由多项科技使引擎更稳定、更有效率地运转。为了让低压缩比引擎也能有良好的冷车运转性能,所以SKYACTIV-D配置了VVL可变气门扬程机构,它是藉由进气行程中将排汽门略为开启,让高温的废气回到汽缸内,达到引擎预热、让燃烧稳定的效用;低压缩比引擎在冷车时也是利用VVL的关闭行程内部废气循环,达到快速热车的效果。

SKYACTIV-D也採用压电式喷油嘴,使喷入燃烧室内的油气更加均匀,方便点火,加上优化点火时机与长冲程设计,解决过往低压缩比柴油引擎动力不佳的癥结。以SKYACTIV-D 2.2L引擎来说,其最大扭力等同于一具4.0L V8自然进气汽油引擎,展现极高的运转效能。

从SKYACTIV-D的诸多科技中,我们可发现所作所为都是为了提高效率,减少排汙而生,对应到U指数调查中,消费者最在意柴油引擎造成的空气汙染,可说不谋而合,SKYACTIV-D是一具能够有效降低排汙的洁净柴油引擎。

全数一级油耗达成

在了解SKYACTIV-D採用低压缩比设计所带来的洁净功效后,我们再来检视柴油车另一大专注指标,那就是节能性!所谓的节能就是低油耗,Mazda的工程师并非透过单一的SKYACTIV-D引擎来达成低油耗成果,尚结合SKYACTIV-DRIVE六速手自排变速系统、SKYACTIV-BODY轻量车体结构…等一系列的先进技术,齐力运作下才创造超高节能表现。

以国内贩售车款为例,搭载1.5L柴油引擎的CX-3,平均油耗有着22.2km/L的超级演出,足以媲美Hybrid油电混合动力。而搭载2.2L柴油引擎的Mazda 6,在其豪华中大型房车的定位下,却能有19.0km/L的油耗成绩,同样也逼近了同级距的Hybrid车款。而另一辆搭载2.2L柴油引擎的CX-5 2WD版本,平均油耗17.8km/L亦十分抢眼,即使是4WD版本也有15.2km/L的高水準演出,在在证明SKYACTIV科技在节能表现上展现过人实力,屡屡获奖诚属实至名归。

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