【四輪解密】解析Mazda e-Skyactiv X引擎PART.1！為什麼把柴油壓燃點火放進汽油動力？！
Yahoo奇摩汽車機車
2022-04-10 20:10:32
2022年3月29日，台灣馬自達宣布旗下備受關注的引擎科技e-Skyactiv X，終於確定以限量方式，搭載在Mazda 3後導入台灣（👉 延伸閱讀：2022 Mazda3 e-Skyactiv X Edition限量鑑賞！壓燃電氣馬時代即將到來？！）。這顆引擎正如外界所知，是根據所謂的堆疊基石策略（Build Block Strategy）下，整合集團內部技術所打造出的量產型引擎，其中最關鍵的要點就是在汽油引擎下導入柴油引擎所採用的壓燃點火（Compression Ignition，CI），而這無疑是過去多間車廠長年研發卻僅存在於實驗性質卻無法導入市售的設計，那麼為什麼Mazda能夠達成這樣的創舉？又或者說是什麼樣的契機讓這間廣島車廠願意投注心力突破技術疆界呢？或許一言以蔽之，皆是因為被逼上梁山......。
技術是被逼出來的
平心而論在內燃機的領域中，各大車廠其實皆心知肚明汽油引擎的發展已逐步接近理論極限，但在高度技術與配備投注下才能有所發揮，舉凡雙火星塞系統、可變壓縮比等，可礙於成本、專利及各車廠之間不一定有所連動，確實很難看到囊括所有獨門技能於一身的武林盟主，當然壓燃點火放入汽油引擎之中也曾是許多車廠所努力的一環。只是即便如此，面臨的最大問題通常是在於能夠形成壓燃的轉速區間過於狹窄，並難以應付多變的一般道路環境，簡而言之即便搭載這項技術，多數時間引擎內並無法進行壓燃，因此不是掛在路上就是無法有效發揮，而面對日益嚴苛的油耗與廢氣排放法規，轉往Hybrid似乎更符合經濟利益，純電座駕亦然，換句話說深究這項技術在當年的時空背景之下確實誘因不夠。
只是在如今的排汙限制，又或者油價飆漲等市場環境，Mazda在這其中仍得更廣泛地找到專屬於自己的突破點，儘管目前在純電車上也已經努力出MX-30這輛跨界休旅（👉 延伸閱讀：【東京車展】冠上跑格之名的首席純電作品！2020 Mazda電動休旅MX-30準備量產待命！），但仍有不少車迷鍾情於燃油引擎，因此在現有能動用的資源下打造一顆更加環保卻又保有十足內燃機樂趣的引擎便成為了核心目標，藉由堆疊基石策略，也就是從舊玩意中尋找新的可能性，並從中進行超越性的優化，擁有汽油引擎性能卻又避免排汙法規迫害，極致的e-Skyactiv X就是在這樣的催逼之下形成的作品。
了解Mazda打造e-Skyactiv X的因由之後，檢視現行手邊擁有的玩意。轉子引擎......這差太多，先丟去燒氫氣或做增程；米勒循環引擎（Miller Cycle Engine）……將近30年前的里程碑，好像還有些可以拿來用的地方。至於近年的Skyactiv G汽油引擎和Skyactiv D柴油引擎，其實廣義來看正是為了完成Skyactiv X所進行的鋪陳，所以當瀨尿蝦和牛肉準備好之後：「爭什麼，摻在一起做成撒尿牛丸啊，笨蛋！」就這樣，好吃、新奇又好玩的撒尿牛丸......不對！是e-Skyactiv X就在諸多整合並嘗試擴大適才提及的壓燃區間下孕育而生，而本次搭載於Mazda 3為代號HF-VPH的2.0升直列四缸汽油引擎，同場加映也已用在CX-30上。
因此在將焦點聚集於HF-VPH這顆e-Skyactiv X引擎時可以發現，技術是有了，但內部的整合與平衡這才是重中之重，但這時必須要回到一項前提：在汽油引擎內放入柴油引擎的壓燃點火到底有啥好處？
邁往均質壓燒之路
往復式引擎的行程正如眾所皆知，其實就是得在運轉之際完成進氣、壓縮、點火、排氣這主要4個動作，即便是Mazda的另一項技術轉子引擎，也是得完成這樣的程序，不過呈現的方式有所不同，可即便是老生常談，但就是在此處能建構了不少的學問。當今的標準內燃機引擎多半屬於均質火星塞點火（Homogeneous Charge Spark Ignition；HCSI）範疇，而均質進氣指的是混合油氣平均地分布在燃燒室中，在達到理想空燃比（Stoichiometric Ratio）的設定下每單位燃油會需要14.7單位的空氣來達成完全燃燒，也就是說空燃比（Air-Fuel Ratio；AFR）為14.7:1，不過為了通過愈趨嚴苛的環保法規、以及讓引擎愈來愈省油，車廠無不希望榨乾每一滴燃油的能量，結論就是讓空燃比愈來愈偏向稀薄燃燒（Lean Combustion），喜歡特立獨行的Mazda鐵了心要造就終極的內燃機引擎，並設法使其空燃比（AFR）達到36.8:1的程度，儘管距離實驗室等級的65:1仍有一段距離，但能夠完成已經是技術上的突破了。
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為了壓低油耗，稀薄燃燒是一條有效的道路，不過一旦空燃比稀薄到一定的程度，火星塞就會點不著油氣，而這將導致失火（Misfire）現象，使得燃燒無法完成，自然也就無法產生動力推動車輛前進了；另一方面，現行普及的汽油直噴引擎則屬於分層燃燒火星塞點火（Stratified Charge Spark Ignition；SCSI），這是壓低油耗的另一種有效做法，雖然燃油效率也好，但排放汙染量仍是發展的一大瓶頸。因此Mazda認為，若超稀薄的空燃比無法透過普通的火星塞點火運作，那麼就該讓壓縮點火登場了！藉由活塞上行壓縮，使混合油氣溫度逐漸升高，讓混合油氣自行到達燃點引燃，這種做法還可產生更快的燃燒速度以增加燃燒形成做功的時間，讓引擎可獲得更多的動力。聽起來很完美，但Mazda有項課題得解決，要怎麼樣讓汽油在燃燒室裡頭產生壓燃呢？
關於這項問題，若燃料是柴油，那麼相信各大廠早已熟極而流，可正因為是汽油才這麼痛苦。柴油（輕油）有項得天獨厚的優勢在於其220℃的低燃點，相較之下汽油的燃點則高達427℃，這也就是為什麼壓燃在柴油上是存在以久的架構，因為活塞一推、壓力一到，達到燃點就燒起來了，但對汽油來說就顯得沒那麼現實。但即便如此，若想透過柴油做出類似的創舉，卻又受限於那黏稠的質地、163-357℃過高的沸點導致難以汽化，最終只能達成分層壓燃，並且還得遇上容易產生排汙等問題，所以繞了一圈又回到汽油怎麼產生壓燃身上，而為了讓其完成此般創舉，接下來得要進行的是壓縮比上的提升。
與其他車廠相比，Mazda在壓縮比上的著墨確實挺有造詣，以代號PE-VPS的2.0升Skyactiv G直列四缸自然進氣汽油引擎為例，其壓縮比便高達14:1；然諸如代號SH-VPTS/SH-VPTR的2.2升Skyactiv D直列四缸渦輪增壓柴油引擎，則又設法將壓縮比設立在市售柴油動力最低的14:1，可見Mazda是無庸置疑的壓縮比玩家，但儘管如此要讓汽油引擎產生壓燃那就又是得再次深造的一環，甚至要設法從中拿捏出更好的平衡性。也因此從初期來看，Skyactiv X系列引擎剛生成的時候，其實壓縮比一度高達16.3:1，但越深入研究卻也試出更好的結果，因此如今導入的e-Skyactiv X其壓縮比落在15:1之譜，不過這也同樣是突破技術了！只是光提高壓縮比或許汽油油氣混合確實能在壓燃狀態下燒起來，但如果燃燒時機有誤，反而會獲得滿滿的爆震（Knocking），這樣的不正常燃燒也不過是在造成震動和損壞機件罷了。
以上便是Mazda研發e-Skyactiv X汽油引擎的背景與技術難點所在，而在把握壓縮比後這間廣島車廠又該如何解決燃燒上的問題呢？下一篇PART.2會針對此部分進行解析。
延伸閱讀
👉 【四輪解密】解析Mazda e-Skyactiv X引擎PART.3！成就汽油壓燃仍需必要配套！
👉 【四輪解密】解析Mazda e-Skyactiv X引擎PART.2！汽油引擎想壓燃還是得有火星塞？！
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