不進台灣二大原因!《Mazda SKYACTIV-X引擎》革命尚未成功 還好先前沒引進!(七)

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Mazda SKYACTIV-X壓縮燃燒汽油引擎並沒有引進台灣,主要原因有二點:第一點是「調校」問題、第二點是「特色」問題,但在此可以直截了當下個結論~先前的SKYACTIV-X直四引擎沒進台灣真的不可惜,未來「直六後驅架SKYACTIV-X引擎」以及「直四SKYACTIV-X發電機PHEV油電動力」更值得關注,而且將一直延續到內燃機末日來臨的那一天,可能是2050年,也可能是2080、2100年…下一個世紀也說不定。總之SKYACTIV-X應該會是「戰到最後一分一秒」的那一具引擎!將見證新世代的交替過程,且看以下分析。

▲第一階段的SKYACTIV-X直四引擎依然需要反向平衡軸維持運轉精緻度,因此未來升級至SKYACTIV-X直六引擎油耗成績並不會太差(因為不需要耗能量的反向平衡軸),而且動力更強勁、更有特色。此外因調校工程過於龐雜,所以第一批SKYACTIV-X引擎可使用HCCI壓縮燃燒的轉速範圍僅1000~4000rpm,節能表現仍不夠理想,目前已經調整到1000~5000rpm更寬廣的範圍,如能再次強化增壓效率,如使用電動渦輪增壓器,相信SKYACTIV-X科技未來10年或20年大有可為。

▲SKYACTIV-X引擎上端可以看到扭曲管線「共軌高壓供油系統」,扭曲的意義在於四缸噴油嘴的金屬管線必須等長,方能達到四缸壓力一致的最佳條件,而且一定要用金屬管,橡膠管有彈性會膨脹,面對高壓設定會產生減壓、不精確等問題。

SKYACTIV-X只挑剔汽油品質?

SKYACTIV-X引擎未能進台灣,相信很多人都認為是結構複雜、成本很高、台灣汽油品質不好等問題,其實這只說對了一半。SKYACTIV-X引擎結構其實不算複雜或是非常昂貴,如果和BMW「雙連續可變汽門正時+進氣端連續可變汽門揚程+雙渦流渦輪增壓器+缸內直噴+高轉速」等複雜引擎相比,或者是端出Nissan的連續可變壓縮比引擎,何者才叫做複雜與昂貴應該不需要討論。基本上Mazda不會去設計一個真的很複雜又昂貴的直四引擎,因為賺不到錢,試想一輛Mazda才賣多少摳摳?又不是Lexus!而且整體銷售量不夠大、工廠生產規模不夠高…

然而SKYACTIV-X引擎的調校工程則是非常非常困難與漫長!之前已經提到其它車廠對於HCCI均質壓縮燃燒之研究都停留在實驗引擎階段,主因就是壓縮燃燒範圍窄、並且存在壓縮燃燒失敗的可能,無法對應一般道路行駛狀態,困難點就在於引擎轉速與燃燒室壓力、溫度難以掌控,即便藉助火星塞點火也難以改變這些實驗引擎的命運。

此困境轉換到SKYACTIV-X引擎身上之後「麻煩並沒有比較少」!因此SKYACTIV-X引擎可說是祭出Mazda對於引擎調校之18般武藝,雖然都是一堆細節,並沒有結構上的重大變革,如導入馬自達自家專利《米勒循環》也就是進氣汽門延遲關閉系統,用來微調出最精確的壓縮比,此外還有電子控制水冷式EGR廢氣循環系統,以及壓力高達1000bar的缸內直噴系統,壓力大約是一般直噴渦輪引擎的5倍(但比不上真正柴油引擎的2000bar),而且真的是採用柴油引擎之「共軌」均壓設計,講究最精確的供油控制。

至於SKYACTIV-X引擎之壓縮比則是設定在16.3:1(目前已經修正為15.0:1),比馬自達自家SKYACTIV-G自然進氣汽油引擎的14.0:1~13.0:1之壓縮比還要高出不少。其它較為昂貴的成本,大概就是機械增壓器、汽缸壓力感測器、電子式雙可變汽門正時機構,不過SKYACTIV-X並非高增壓設計,充其量只是輕增壓,所以不需要用到太昂貴的機械增壓裝置。至於電子式可變汽門機構,VW集團新一代四缸動力幾乎全數採用,所以也不算是什麼高科技或新玩意。

但是別忘了~SKYACTIV-X乃是壓縮點火與火星塞點火「雙模式並進」的特殊引擎,因此除了精確控制溫度、壓力、壓縮比、含氧量、供油量、點火時機之外,其它還要考慮到「各種情況下都能轉換順暢」的問題,整個調校工程的複雜與耗時問題,相信不亞於Nissan的連續可變壓縮比引擎!

▲面對低負荷狀態,SKYACTIV-X引擎其實只要採用自然進氣架構,就能達到足夠的進氣量,唯有在高負荷狀態才需要機械增壓器輔助,由此不難想像目前的SKYACTIV-X科技依然是以自然進氣為主、機械增壓為輔,因此性能表現當然不能和其它車廠的2.0T直噴渦輪汽油引擎相比,而且是差很多!SKYACTIV-X主要訴求依然是環保,但說穿了「實在很單薄、消費者壓根吃不飽」!

▲左為一般汽油引擎的火星塞點火燃燒,右為SKYACTIV-X的火星塞控制壓縮燃燒,右邊雖然號稱「HCCI均質填充壓縮燃燒」,但實際上依然是「火星塞點火+壓縮燃燒」雙模式同時存在,因此燃燒效率當然沒有單純的HCCI那麼好,所以SKYACTIV-X引擎實際油耗表現並沒有追平或是超越柴油動力。那麼世上有沒有純粹的HCCI壓縮燃燒汽油引擎?有的,而且未來有可能問世,而且可以應用在摩托車上。

▲此為Mazda專利米勒循環系統,看起來和一般引擎所使用的奧圖循環並沒有差異,關鍵僅在於「進氣汽門延遲關閉」這項設計,在壓縮過程中可以將部分空氣擠回進氣歧管,達到「低壓縮比、高膨脹比」的節能目的,同時抑制爆震現象,加上可變汽門正時機構之後,就能精確調整壓縮比,不過調整範圍當然不會太廣,不然Nissan就不需要另外設計可變壓縮比引擎。Toyota的Hybrid引擎都有此一設計,只是T家稱之為阿金森循環,正確名稱應該是米勒循環,真正的阿金森循環引擎非常複雜。至於VW集團新世代直噴渦輪引擎也有類似設計,只是從進氣汽門「延遲」關閉改成~進氣汽門「提前」關閉而已!功能與效能其實差不多,戲法人人會變、巧妙各有不同。

標準差還能接受 品管差真的沒救!

好的,最後再加上一個極大的變因就是「在地汽油品質」,於是乎SKYACTIV-X引擎就只能在廣大市場販售,如歐洲、北美、中國,畢竟台灣的98汽油辛烷值不會和中國的98汽油一模一樣,雖然都是「98」但絕對有差。因此SKYACTIV-X引擎上市前,必須在當地實際道路測試很長一段時間,包括極端的溫差(季節、緯度、高度)與氣壓(平地與高海拔)通通都要考慮到。還有Mazda研發團隊不像是VW集團或雙B品牌那麼龐大和預算無上限,可以將好幾組人與車送到世界各個角落進行氣候測試包含沙漠、高山與極地。

台灣方面,一來「低壓縮比2.2升柴油引擎」事件已經把Mazda工程師嚇個半死,對於台灣的燃油品質…馬自達原廠表示超級沒信心的啦!問題不只是標示與結果不符,更頭痛的其實是「品質不穩定」浮動式辛烷值!再加上台灣夏季溫度偏高,而且地形落差極大,日本、韓國的高山數量與海拔完全無法和台灣相比,評估後實際道路測試工程相當龐大,但汽車市場規模又屬於小不拉基的狀況,完全不符合投資報酬率!

加上Mazda對於SKYACTIV-X引擎的態度相對保守,深怕又發生2.2柴油引擎的死火問題,於是初期對於壓縮比調校並非保守而是偏高,寧可「矯枉過正」也不願發生燃燒室溫度不夠高無法壓縮點火的窘境。試想~目前直噴渦輪引擎壓縮比最高也不過12.5:1,再高就要爆震啦!只有Nissan的可變壓縮比引擎可以達到14.0:1。那麼同樣具備增壓設計的SKYACTIV-X引擎高達16.3:1難道不算高嗎?經證實~答案真的就是太高了!如此一來無形中又增加了調校上的難度,也就是要大量仰賴米勒循環系統進行降壓動作,簡單說就是增壓與降壓動作過於頻繁,不只是耗能、做白功、調校更是費時。所以目前的SKYACTIV-X引擎壓縮比調降為15.0:1,而且HCCI壓縮點火轉速區域更廣,達到1000~5000rpm的範圍,顯然比昔日的1000~4000RPM更節能。

事實上SKYACTIV-X引擎之初期調校,個人覺得只發揮此科技實力之一半而已,還有不小的進步空間,所以台灣之前沒進絕對不可惜,未來才是重點,況且~SKYACTIV-X引擎實際駕馭感受,絕對沒有您想像中的那麼棒!

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