一.前言:

談到Mazda的代表科技?!大家一定不約而同地想到它那聞名全球的"轉子引擎"!

轉子引擎雖然是德國工程師(Felix Wankel)在'50年代發明的,不過,它卻是在

Mazda手上發展到極致的地步,可惜的事:那驚人的油耗,縱使有天才式的運轉

方式,還是抵擋不住日益下跌的訂單,去年1997年宣布全面停產:~

不過,在轉子引擎結束生產之前,Mazda更發展出另一套全新的引擎,突破以往

Otto-cycle奧圖-四行程引擎運轉的方式-Miller cycle-以2.3升的排氣量,

產生3.0升引擎的動力性能,卻只有近乎2.0升引擎的油耗!

這次的原裡教室就是介紹Miller cycle的運轉原理,它的P-V圖如何?為何Mazda

要為它加上supercharge(機械增壓),那又為何不用turocharge呢?............

除了介紹這款新引擎特殊的地方外,我們打算再由Miller-cycle引擎來看看搭載

它的一款值得推薦的新車:Mazda Millenia 2.3S,台灣去年一進口它,上市沒幾天

就訂光囉(2.3升有40部;2.5升60部)^_^

Mazda Millenia 2.3S

繼"轉子引擎"後另一科技巨獻-Miller Cycle Engine

二.四行程引擎的運作:

談到引擎的運轉方式都逃脫不了一般四行程的運作方法:進氣-->壓縮-->動力-->排氣

就如同在"turbo原理教室"中,我們討論到的:工程師能作的就是在這些步驟中,改善其中

的效率,BMW與Honda的可變氣門是如此,Saab與Volvo的turbocharge也是如此,

Alfa與Mercedes的雙火星塞也是一樣,Mitsubishi的汽油直噴引擎也脫離不了這些範疇!

但是,各中的堅持與技術突破就是各家不同車廠造車工藝的徑賽了!voliron先show一張

自行用紙筆畫出來的Otto-cycle的P-V圖(壓力-體積圖),我想圖畫很差,也沒什麼

質感可言:)不過,討論汽車原理嘛,意思表達了就好,也請大伙見諒囉!

Otto-cycle的四行程P-V圖

voliron先簡單地為大家複習下大一普物課程中的熱力學;在上面這P-V圖中,O->A是進氣

行程;由A->B是進完油氣後的壓縮行程,此時,進排氣門都是關著的,而整個過程

在密閉的汽缸中進行,是絕熱過程;由B->C是火星塞點火,油氣燃燒,壓力急速上升

(但活塞還沒動喔);由C->D是活塞被強大的壓力推開,而產生動力(四個步驟中

唯一產生動力輸出的行程),此過程也是另一個溫度較高的絕熱過程;由D->A->O是

排氣閥門開,活塞上升並排除燃燒後的廢氣;之後,再由O->A又是進氣行程......

在圖中Vmax就是下死點,Vmin就是上死點,而一般汽車引擎規格中的壓縮比=(Vmax/Vmin)

在這中間有一些物理學上的推導式子,讀理工的朋友應該是沒問題的,不過,voliron直接

寫出一個很重要的公式:在A->B的process與C->D的process是兩個不同溫度下的絕熱

過程,一位Carnot的工程師就推導出一個科學上的極限:一部熱機的效率是"不可能"

大於[1-Tc/Th],其中Th是指C->D的絕熱溫度,Tc是指A->B的絕熱溫度;這是物理學上的結果!

也是連上帝也無法突破的"熱物理上的必然結果",而人類所有的機器都有這樣的天然限制,

一部引擎的效率就是遠低於[1-Tc/Th]的值,這不禁令人想到一些環保上的訴求...哎!扯遠啦!


三.Miller-cycle的原理:

Miller-cycle

那Miller-cycle不一樣在那個地方呢?簡單的說就是利用壓縮行程中,先延遲進氣門關閉的時間,

活塞已上升約五分之一個體積時,進氣門才完全關閉,也就是說:實際上的壓縮空氣沒有進氣時

的多,而把壓縮比降低了!however,在動力(爆炸)行程中,活塞還是由上死點一口氣移動到下死

點,所以呢,造成膨脹比>壓縮比的特殊情況......

進氣行程

壓縮行程-1-進氣門延遲關閉,活塞已上升1/5的體積

壓縮行程-2-進氣門完全關閉,真正地壓縮混合空氣

動力(爆炸)行程,活塞由上死點移經Vmiddle到下死點

排氣行程

Miller-cycle的P-V圖

Miller-Cycle與Otto-cycle 3.0 V6比較圖

也就是它壓縮比較小造成它低油耗,它的膨脹比大而造成它的更多的動力;此外,另一方面也是

為了避免過高的壓縮比而造成引擎的"爆振"(一般的引擎是壓縮比=膨脹比);在這引擎中,

由於真正的壓縮比較低,為了補足在低轉速時的進氣不足,所以,加裝了一具由IHI製造的Lysholm

Compressor機械增壓器(supercharge),不然,在Miller-cycle剛啟動時可能連一個cycle都很可能

有問題,也是因為在引擎一啟動時就必須"增壓",所以,Mazda在這Miller-cycle引擎上採用"supercharge"

而不是使用"turbocharge"的道理就是在此!使用Lysholm Compressor機械增壓器除上述原因外,也是

使它能以2.3升的排氣水準達到3.0升引擎才有的馬力輸出,在引擎進入高轉速時,增壓效率更是驚人!

Lysholm Compressor機械增壓器

因此,總而言之,Miller-cycle引擎有下列特點:

1.利用延遲進氣門正時來降低"有效壓縮比"(由10:1-->8:1)與活塞損失"pumping-loss"(能較省油的原因)

2.用兩個intercooler來冷卻進氣門的空氣!(能減少暴振的發生...ect)

3.進一步降低燃燒後的氧化物排放標準!(如:NOx,CO2..etc)各車廠的新引擎都有這樣的趨勢!

4.利用Lysholm機械增壓器來完成行程,並發揮強而有力的性能!(高馬力與扭力的主因)


四.Miller-cycle引擎的其他特色:

Mazda這款Miller-cycle引擎還是由兩個引擎主體構成的,多氣門的設計加上傾斜型的汽缸室,

使得油汽得混合空氣在堶惘釩雂j的旋轉擾動空間,讓混合空氣更均勻,加上鋁製的材料,

有更堅固與輕質化的特性,使整顆引擎運轉的特別平順與安靜!

此外,它還有可變的共振系統(VRIS),在不同轉速下配合不同閥門的開關來決定共振的範圍,

使得引擎由低轉速到高轉速都有平坦而高扭力的輸出曲線!Miller-cycle 2.3 V6 DOHC,

最大馬力210hp/5300rpm,最高扭力29.0kgm/3500rpm,Mazda的另一項科技驕傲^_^


Mazda Millenia 2.3S

五.Mazda Millenia介紹:

這款Millenia是Mazda在北美市場的新款高級房車,光看它的流暢外形,鍍鉻的水箱護罩,

更突顯Millenia尊貴與高雅的氣息!才2.3升的它0->100km/hr有7.4秒的實力,在台灣是以排氣量

大小來課稅,這種以小排氣量創造大馬力的性能車再合適不過了!再看看那21世紀的新科技

Miller-cycle米勒循環式引擎,才150萬不到的售價,有電動天窗(上掀,開啟)+ABS+TCS+恆溫空調!

米白色的真皮座椅,看了就好舒服^_^

駕駛座儀表,方向盤附記憶功能喔!

Mazda Millenia是採用改良後的多連桿懸吊系統(前,後)而後懸吊底部的支臂分離成為一雙側邊

連結,可以在轉彎時減少輪胎與路面的分離的可能,以增加行車的穩定性,Millenia雖然是部性能車,

但是,它的懸吊還是調整成"高級房車"少不了的舒適取向.

現在設計車時都考慮過用電腦事先模擬多種碰撞情況,而Mazda Millenia也使用有限元件分析法

(Finite Element Method)在超級電腦中模擬過,以確保駕駛人.乘客的安全,而它也一樣通過北美

法令上的撞擊測試.下圖是實際的撞擊測試,不過,voliron手中沒有它更詳細的資料(速度.方式...etc)

車款

Mazda Millenia 2.3S

Volvo S70 T5

Toyota Avalon

引擎設計

Miller-cycle V6

L5 高壓Turbo

V6 NA

排氣量

2254c.c.

1984c.c.

2995c.c.

馬力

210hp/5300rpm

225hp/5700rpm

195hp/5200rpm

扭力

29.0kgm/3500rpm

31.6kgm/2700rpm

29.0kgm/4400rpm

**(mm)

4825*1770*1395

4722*1761*1388

4830*1785*1425

軸距(mm);車重(kg)

2745;1540

2664;1220

2720;1525

迴轉半徑

5.7m

5.3m

5.7

台灣售價

約150

約171

約144

Mazda Millenia 2.3S是部C/P很不錯的車子,也由於2.3升是採Miller-cycle的引擎,

它的售價比自然進氣的2.5升還來的貴,但是,以它豪華的配備,優異的科技性能,

難怪在台灣一上市就被強訂一空,而它影響所及也包含到120萬--170萬左右的歐系

或日系的高級房車!有機會的話voliron也會安排介紹Mazda的轉子引擎^_^

部分圖片來源:Mazda公司;北美Mazda網站

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