大而无用小而美 引擎发展趋势

文/童国辅

全球引擎吹起Downsizing风潮,八缸变六缸、六缸变四缸、四缸还有三缸可降,且降低排气量后不仅没有丧失原有动力,油耗表现还能大幅度进步,到底如何做到的?以及未来发展的趋势为何?将在此单元中与大家一起来探讨。

大而无用小而美 引擎发展趋势由于引擎运作是透过点燃混合气的方式来产生动力,因此只要给愈多的空气加上足够的燃油,引擎马力自然就会提高,于是在过去不注重环保的情况下,引擎排气量才会愈做愈大。

排气量耗油元兇

降低代表更环保

只要有在关心全球车坛发展的读者,应该早已注意到近年各大车厂推出的新世代引擎,都逐渐朝向小排气量的方向进行,虽然旗舰车款的排气量还是3.0L~4.0L以上,但相较于过去的引擎配置,整个产品线的引擎排气量都有降低的趋势,对大排气量引擎情有独锺的美系车厂,也开始加入小排气量引擎的开发阵容,之所以如此主因在于全球油价高涨与环保意识抬头下,如何让车辆更省油与环保,已成为全球各车厂的新世代动力研发重点。

大而无用小而美 引擎发展趋势过去常见的5.5L以上的超大排气量V8、V12引擎,未来将会随着引擎科技的进步,与环保意识抬头而愈来愈少见。

大家或许会问:为何降低排气量就能节省燃油呢?关于这个问题就需从内燃机的运作原理说起。引擎要正常运作需提供比例适当的空气与燃油,才能产生爆炸推力,而排气量指的是引擎在一次运转时所需吸入的空气量,排气量愈高的引擎,吸入的空气愈多相对所需提供的燃油量就愈多,因此单怠速运转,排气量大的引擎就比排气量小的引擎来得耗油,更不用说大脚油门时的耗油量,因此想要引擎更省油,降低排气量是最快也是最直接的做法,这也自然而然的成为各车厂追求降低油耗目标时,不约而同的发展主轴。

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为何过去没发展

性能降低是主因

既然缩减排气量就能获得降低油耗的效果,为何过去各车厂并没有大力发展此技术,除了油价低廉的因素外,是否还有其他考量?最主要的考量就是担心引擎出力会随着排气量缩减而降低,尤其是自然进气引擎更是难以避免,因为在过去引擎想要拥有强劲的出力,只能以提高排气量去换取,即使是涡轮引擎也是需藉由提高供油量,才获得更大的引擎出力,因此过度降低排气量有可能会导致引擎马力变小,而无法应付消费者对动力的需求。

大而无用小而美 引擎发展趋势採移植自摩托车624 c.c.双缸引擎设计的Tata Nano廉价小车,与採用999 c.c. 3缸引擎的Smart Fortwo,都是小排气量引擎的先驱者。

当然,就全球车坛来看,小排气量引擎并非是最近才突然问世的产物,例如日本境内推行许久,排气量660c.c.以下的微型车款K car,或者是产品初始就定义为低排量都会迷你车,採用999 c.c. 3缸引擎的Smart Fortwo,以及998 c.c. 3缸引擎的Toyota Aygo、Peugeot 107与Citroen C1孪生兄弟,甚至是2009年震撼全球车坛,採移植自摩托车624 c.c.双缸引擎设计的Tata Nano廉价小车等产品,都算是车坛低排气量引擎的前锋,但这些引擎只能算是「省油版」的设计取向,与现今想要「马儿跑、又要马儿少吃草」的节能+性能双兼顾的需求,能以小搏大,由小引擎取代旧款较大排量引擎的设计出发点,仍有一定程度上的差异。

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而上述提到的这些问题,在引擎科技日益成熟、电脑运算速度愈来愈快的情况下,使得引擎轻量化技术、缸内直喷、涡轮增压技术、可变气门正时科技、电子液压可变进气系统、Start/Stop怠速熄火系统,甚至可变汽缸管理技术等,过去只能在旗舰车款上看到的汽车科技,逐渐普及到小排气量引擎后,小排气量引擎已能在节能、排放与性能之间取得兼备的均衡表现。

大而无用小而美 引擎发展趋势将小排气量引擎发挥到极致的,应该算只能在日本当地贩售的K-Car,以这部Honda N-One为例,搭载的引擎为代号S07A的0.7L三缸引擎,其中涡轮版可输出63hp/6000rpm、10.6kgm/2600rpm的最大动力,应付只有900kg的车重刚好足够。

三缸引擎成救赎

运转平衡要注意

而在缩减排气量的趋势下,各车厂无不注意每汽缸对应400~500c.c.排气量的最佳效率原则,太低或太高都会导致汽缸效率下降,因此缩减排气量到最后,使得三缸引擎成为目前最均衡的做法,而整体排气量则落在1000c.c.上下,三缸引擎的能见度,过去车坛中不太常见,最大原因是单数汽缸引擎会有平衡上的问题;以四缸引擎为例,曲轴转动带动连桿推动活塞,活塞会是一、四缸起,二、三缸降,当一、四缸活塞在上死点,二、三缸活塞则在下死点,这样刚好可以使汽缸运转时的震动彼此抵销,达到引擎的运转平衡,当然最理想的状态势V型汽缸。

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但是问题来了,基数三缸引擎,如果按造四缸引擎作动原理,一、三缸起,二缸独立,这样会造成很严重的震动,因此三缸引擎的活塞运作方式,通常是一、二、三缸依序达到上死点与下死点,就像跳波浪舞一样。不过如此一来,低转速时引擎的震动可能还不明显,但到高转速后一样会有曲轴平衡问题,早期会使用反向平衡轴来抑制震动,但成效不彰,之后大部分车种都改用飞轮、皮带盘与曲轴配重,达到运转时的平顺。

大而无用小而美 引擎发展趋势过去涡轮增压技术是用来压榨引擎动力表现,不过随着市场氛围与车厂重心转向,使得该技术已成为小排气量引擎兼顾油耗与性能的重要帮手。

结语

小排气量引擎在涡轮增压、缸内直喷、可变汽门系统的辅助下,输出的动力表现已与1.6L的自然进气引擎不相上下,更不用说后续晶片改装后的效果,更逼近2.0L NA引擎的水準,且还能同时拥有平均油耗18km/L的高经济性,整体表现是十年前所不敢想像,连笔者都想买一部来当做通勤车。

大而无用小而美 引擎发展趋势而随着涡轮引擎科技的不断发展,除了在引擎耐用度及涡轮增压效率上的日渐精进之外,能让涡轮引擎一跃成为新世代节能动力发展新星的主要原因,乃是在于缸内直喷技术的逐渐成熟。

大而无用小而美 引擎发展趋势透过可变汽门正时系统的帮助,可使引擎效率提升5%左右,并且营造高原式的扭力输出,且有些车厂例如Toyota还藉此系统的帮助,使引擎同时拥有Otto与Atkinson循环的优势。

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大而无用小而美 引擎发展趋势过去只在高级旗舰车款上才搭载的怠速熄火装置,未来应该也会慢慢普及到平价车款上,让都会用车的油耗更加节省。

大而无用小而美 引擎发展趋势三缸引擎在未来的能见度只会愈来愈高,且在新科技的帮助下,整体出力不见得会比较1.8L引擎来得差,将成为各车厂展现实力的重要指标。

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