上次講了汽油引擎，這次講柴油引擎與引擎的附屬設計。
這次承蒙上一篇版友們的提醒，在下試著更進一步、更完整的說明。
不僅是汽油引擎，SKTACTIV的柴油引擎也非常有看頭。對於我這種主攻內燃機，又曾經擔任過引擎開發的人而言，MAZDA的這個新技術令人雀躍，數十年來的舊觀念即將重新洗牌，新觀念的成功也代表柴油引擎的技術還有發展的可能。
在SKTACTIV引擎的上一篇，有提到壓縮比影響引擎的燃燒效率。燃料燃燒後產生的能量被轉換為有效動力輸出的比率，統稱為熱效率，不管是增加壓縮比促進燃燒並優化動力輸出的能量損耗、或是膨脹時循序漸進的燃燒減少冷卻的損耗，都可以提昇熱效率。柴油引擎的高效能，以現行主流觀念來看是因為它在壓縮時的氣體裡不含燃料，因此可以盡情的增壓，不用擔心爆震問題，增壓壓力越高、實際的壓縮比就越高，熱效率也就越好。由於以上原因，柴油引擎可以在很低的耗油量之下運作，因為增壓過的空氣再經引擎壓縮後溫度很高，此時只要一點點柴油就可以點火爆發，加上柴油揮發性低黏度大，引擎轉速的上限比汽油引擎低，但是燃料總能量卻比較高，等於同馬力之下的燃料消耗少，所以柴油引擎的油耗也就優於汽油引擎。
不過，柴油引擎傳統的高壓縮比優化觀念在SKTACTIV的柴油引擎上受到了挑戰。原本的柴油引擎壓縮比，在使用SKTACTIV的技術概念後，從16.3降低到14，油耗方面進步雖然不大，約只有5%，但全速域扭力都平均增加15%。
以下這是日本MAZDA的原文：
圧縮比を下げた場合は、ピストン上死点における圧縮温度・圧力は低くなります。従って、上死点付近で燃料を噴射しても着火までの時間が長くなるため、燃料と空気の混合が促進されます。この結果、より均質な燃焼となり局所的高温や酸素不足が回避され、NOxやススの発生量は少なくなります。また上死点付近での噴射と燃焼が可能であるため、実質の仕事量（膨張比）は高圧縮比ディーゼルエンジンよりも大きくとれて高効率となります（図2）。
低圧縮比化によって、SKYACTIV-Dは従来のディーゼルエンジンより最大筒内燃焼圧力が下がり、構造の最適化によって大幅な軽量化を実現しています。具体的な実例で紹介しますと、シリンダーブロックはアルミ化が可能となり単体で従来比25kgの軽量化を達成しています。シリンダーヘッドは肉厚低減、エキゾースト・マニホールド一体構造によって3kgの軽量化を達成しています。往復回転系では、ピストン単体重量を25％低減しました。
クランクシャフトはメインジャーナル径を60mmから52mmにサイズダウンするなどして、25％の軽量化を達成しました。この結果、機械抵抗も大幅に低減できガソリンエンジン並を実現しています（図3）。
以上のようなメリットにも関わらず、従来、ディーゼルエンジンの低圧縮比化が進まなかった要因は主に2点あります。1点目は、圧縮時の空気温度を低下させると、低温時の圧縮温度が下がりすぎることにより始動性に問題が生じることです。2点目は、暖機運転中の圧縮温度・圧力不足により半失火が発生してしまうことです。
SKYACTIV的低壓縮比活塞圖，右邊的是SKYACTIV柴油引擎活塞。
上文的概要，是說引擎低壓縮比的話，活塞上死點，也就是壓縮比例最大、預備點火時的壓力與溫度會跟著降低，使得燃燒速度減慢，可以促進燃料與空氣之間的混合。而這樣的結果，會使引擎在燃燒時的局部高溫狀況減少，燃燒擴散也會迴避氧氣不足的區域進而減少排氣中的氮氧化物，因此柴油引擎低壓縮比點火是可行的，而且實際的膨脹行程也比較長，效率更好。
柴油引擎低壓縮比化之後，最大燃燒壓力下降，引擎強度的要求降低，因此可以對各零組件大幅的削減重量。具體來說，引擎的汽缸（這裡講的應該是SKYACTIV那個2.2公升的柴油引擎）降低壓縮比之後，可以減輕25公斤的重量（這大概是減少60%），汽缸頭與排氣歧管共減輕3公斤，曲軸主軸頸直徑從6公分降到5.2公分，重量因此減輕四分之一，而且機械磨耗也跟著下降。我覺得這種設計，不僅降低了引擎的整體重量，使得整車的重量減輕，更有利於動態性能與操控性。而且，曲軸尺寸縮小，連桿與活塞的主要尺寸也因為引擎受力減少而縮小，這三大引擎運動零件的質量減輕之後，車子的加速與減速性都會跟著明顯進步，也能使油耗的表現再進步。
但是儘管有如上所述的優點，傳統的柴油發動機的低壓縮比依然沒有被採用是有兩個重點。第一個是壓縮後空氣的溫度降低，壓縮溫度低點火不容易，使得引擎啟動有問題。第二點是由於缺乏壓縮溫度和壓力的關係，引擎暖機時半失火（燃料點起來之後又熄滅）的狀況會容易發生。
柴油引擎的另一重點是增壓系統。傳統柴油引擎採用可變渦輪，控制排氣壓力，充分運用排氣的動能。不過在SKYACTIV的柴油引擎上，則採用序列式的雙渦輪增壓系統。
日本MAZDA原文：
ディーゼルエンジンにおけるターボチャージャーは、トルクの向上にも大きく寄与していることは言うまでもありませんが、排気ガスクリーン化と燃費改善にも必要不可欠なものとなっています。SKYACTIV-Dでは、大小2個のターボチャージャーを運転領域によって使い分ける2ステージターボチャージャーを採用しています。
これによって、低回転域での高トルク、高レスポンス、高回転域での高出力を実現すると共に、大量ＥＧＲ（排気ガス再循環）下でも十分な量の空気（酸素）を確保することが可能となり、低圧縮比との相乗効果によりNOxとススの排出を抑えながら最適なタイミングでの燃焼を可能にしています。
SKYACTIV柴油引擎所用的渦輪增壓器，可以看到有一大一小兩顆蝸牛連在一起。
上文的大略意思，是說在SKYACTIV的柴油引擎上採用序列式雙渦輪系統，這是以兩個不同尺寸的渦輪，依據引擎工作轉速高低做大小尺寸的切換，能夠兼顧低轉速下的高扭力、反應快，以及高轉速下的引擎輸出。它可以符合在高EGR（廢氣再循環）下的空氣（氧氣）維持率，與低壓縮比設計其燃燒產生的低有害物質廢氣可以有相輔相成的效果，對於環保也更有助益。
一般來說渦輪由於本身的高熱，可以視為具有部份觸媒的作用，因此也有著清淨排氣的效果，MAZDA在此也採用了這種觀念。在這裡有個有趣的地方，為了維持低壓縮比所需要的點火溫度，序列式渦輪比較小的一顆因為排氣通道較小，具有高排氣回壓的特質，配合SKYACTIV柴油引擎的可變汽門控制，能讓引擎排氣適度積聚在汽缸而提高引擎溫度，避免在低壓縮比下因為引擎進氣壓縮後的空氣溫度不夠，使引擎點火點不起來或是熄火的狀況，而且此種背壓還可以降低泵損（這名詞以後解釋）增加進氣的效率。這與以往要求排氣要排得很乾淨、渦輪回壓要低，引擎輸出與效率才會高的傳統觀念大相逕庭。SKYACTIV柴油引擎比起以往的柴油引擎設計來說，進一步的降低了排氣中的氮氧化物、不完全燃燒的碳微粒（也就是黑煙），降低了柴油引擎受詬病的烏賊現象，也延長了昂貴的碳粒催化器壽命，這個催化器相信是不少柴油引擎車款車主們的痛。
SKYACTIV引擎另一部份是在於其附屬系統的革新。
MAZDA在SKYACTIV的汽油與柴油引擎上，對於附屬系統都做了改善，整體機械的負荷比起以往的設計減少了30%，使引擎的輸出效能更高，更節能，振動更少更安靜。
主要改善如下：
冷卻系統：採用塑料製的高效率水泵葉片，並檢討與重新設計冷卻水管路與引擎內的壓力損失、管路彎折以降低冷卻水流動阻抗，這比起以往降低了27%的驅動負荷。
皮帶驅動系統：為克服皮帶劣化與引擎加減速時對皮帶的拉扯，使皮帶無法穩定產生足夠張力，降低整個相關驅動系統的效率，產生不必要損耗，MAZDA採用油壓式的張緊器，除了能產生足夠張力之外，也可以吸收引擎加減速產生的振動，抑制皮帶的張力變化，穩定整個驅動系統的運作，也降低13%的驅動負荷。
潤滑系統：以電子控制可變負載的油壓泵浦提供車子運作所需的油壓。與冷卻系統相同，檢討與重新設計機油油路與引擎內的壓力損失、管路彎折以降低流動阻抗，且在業界（這說的是日本）首次採用電子壓力回饋控制調整機油泵浦的壓力負荷，大幅降低57%的驅動負荷。
在一些小型車款，如MAZDA 2來說，更採用了電動輔助的動力方向盤。這種系統移除了方向機油泵，對減少引擎損耗的影響僅僅次於壓縮機，可以減少引擎輔助系統近40%的負荷，助益很大。
此外，經由經驗與CAE輔助分析，MAZDA在SKYACTIV的汽油與柴油引擎上進行修正引擎汽缸、汽缸頭、曲軸、連桿等尺寸，改變共振頻率降低振動，降低引擎的運轉噪音。不僅如此，SKYACTIV的汽油與柴油引擎也對於引擎的排氣音進行調整，使其在低速時可以維持靜肅性，在中轉速區域開始產生排氣共振，呈現以往所沒有的排氣律動，同時實現了安靜與跑車化的特性。
手上這篇13萬字的技術會報與參考資料，要寫得完整實屬不太可能，畢竟SKYACTIV是MAZDA耗時數年、動用十多個工程團隊所完成的，在下對於其內容只能儘量以多數人看得懂的方式表達。但是單在引擎的部份，我們就可以看到MAZDA在引擎環保、節能、經濟性、成本、性能這些彼此矛盾的部份傾全力折衝與平衡，這是值得讚許與支持的一面。
