編輯部

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Peugeot 提供

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2016

9月

26

引擎,用以驅動車輛前進,可比喻為車的心臟。汽車工業走過百年歷史,至今仍是以內燃機為主要動力來源,儘管 EV、PHEV、Hybrid、Fuel Cell…等各種實驗性或已經成熟量產的各式替代能源車輛,不斷地在新聞裡或生活周遭出現,但傳統汽油及柴油引擎依然是人類最熟悉、能源取得最便利的動力型式,至少在 20 年內,我們仍脫離不了內燃機。

不過,事實擺在眼前,汽車污染已成為溫室效應的一大殺手,且經研究報告證實,現代人罹患心臟病、癌症、呼吸道疾病的比例增高,與空污嚴重也有連帶關係,我們生存的環境不允許再被嚴重污染破壞,因此在歐美日等主要汽車工業國家,對於車輛排放的標準愈來愈嚴格,其中又以歐盟環保法規最具指標參考意義。

為了符合檢驗標準,汽車製造廠不斷思考如何打造出低污染的引擎,在汽油引擎的部份,近年來有了結果,那就是以小排量渦輪增壓引擎取代大排量引擎,於是,一股 Downsizing 風潮醞釀而生。小排量渦輪增壓引擎目前的發展狀況為何?對於消費者及我們生存的環境又有哪些幫助?第一步就先來研究它吧!

了解內燃機的待突破點

汽車空污問題是進入 1990 年代才開始受到重視,當時除了老式柴油引擎會製造大量黑煙外,汽油引擎亦是重大污染源,因此由歐盟國家聯手制定出一套廢氣排放標準,凡是在歐陸販售的車款都要通過測試,否則不予發放許可證;1992 年起 Euro1 歐盟一期環保法規正式運行上路,開啟汽車排放標準的歷史新頁。

從歐盟汽車廢氣排放標準推動二十多個年頭以來,目前已進化到 Euro 6 歐盟六期環保法規,針對每一項污染物的標準自是愈來愈嚴苛。這套標準針對轎車、商用車、重型車輛等制定專屬標準,且汽油引擎與柴油引擎自是有不同的制定方式。

內燃機引擎所排放出的 CO (一氧化碳)、NOx (氮氧化合物)、HC (碳氫化合物)、PM (懸浮微粒) 是主要的有害物質,早期歐盟環保法規只針對易排放黑煙的柴油引擎監測 PM 數值,自五期開始汽油車也加入受檢對象,可看出標準是愈來愈嚴格,汽車製造廠非得想出解決方案,客觀來說,歐洲汽車廢氣排放標準是推動環保技術進化的搖籃。

為了減少排污、增進節能性,新世代引擎在進排氣凸輪、噴油系統、燃燒室、活塞構造等引擎周邊構件進行改良,潔淨程度已經較過往大為進步。

除了空污導致臭氧破壞外,數年前能源危機與原油價格居高不下的話題,也被討論得沸沸揚揚;雖然目前國際油價已經回穩到相對低點,中長期來說石油也不至於枯竭,但如何打造出一代比一代更省油的汽油引擎,無論是透過進排氣系統的進化、噴油方式的改變、燃燒室或壓縮比的改良等,都是每家車廠的努力目標。畢竟,節能省油不僅能降低駕駛成本,因為耗油量的減少,也等於排污量降低,此乃一體兩面知成效,從新世代汽油車不斷從每公升平均行駛 15 公里、18 公里、到成功突破 20 公里的成績來看,汽油引擎未來朝著節能環保的目標邁進將是屹力不搖的趨勢。

小排量渦輪引擎誕生

有什麼追根究底的方式,能夠一併解決排污、油耗的問題?說簡單也不簡單,說難倒也不難,汽車機械專家想出了「降低排氣量」這個最淺顯易懂的方式。任何人都知道,引擎排氣量越大,就必須注入越多的混合氣才能驅動車輛前進,相對的,廢氣排放量也就跟著提高,所以大排氣量可說是「萬惡源頭」。

但是,當排氣量縮小後,性能輸出勢必大打折扣,或許對小車來說恰如其分,但如果是房車、休旅車等具備家庭使用的車輛,恐怕就無法勝任;於是,工程師想出不須增加耗油量、又可提升馬力及扭力的方式,那就是強制進氣系統–渦輪增壓器。

藉由渦輪增壓器的協助,讓引擎進氣量瞬間倍增,靠著小排氣量就能發揮充沛動能,同時油耗維持出色水準,正是 Downsizing 引以為傲之處。

傳統自然進氣引擎是靠著汽缸進行的進氣、壓縮、爆炸、排氣四行程產生動力,如果想在此基礎下立即得到馬力及扭力上的提升,採用強制進氣是最顯著的方式。強制進氣的種類包含渦輪增壓器 (Tubocharger) 與機械增壓器 (Supercharger),目前多數渦輪車款都採用渦輪增壓系統,包含小排氣量引擎也是相同,在 Turbocharger 的輔助下不僅立即讓馬力、扭力明顯提升,亦不會導致油耗遽增,可說是小排量引擎的最佳夥伴。

渦輪增壓器是藉由吸入引擎廢氣形成推力,大量壓縮氣體後再強制注入引擎,達到有如大排氣量般的輸出效能,不過因處於高溫、高壓運作,需要良好的潤滑冷卻與堅固的渦輪葉片才能延長使用壽命。

渦輪增壓器安裝於引擎排氣端,內部由葉片組成,它是藉由引擎廢氣推動一端的葉片,另一側葉片則同時帶動氣流將空氣進行壓縮後,強制擠壓到引擎以營造出大量進氣的效果,宛如大排氣量引擎所輸出的大馬力及大扭力。

渦輪增壓系統的另一大妙處,在於能透過電腦進行寬廣的動力調校,以對應在各種用途不同的車型上;例如,過去一般人總認為 Turbocharger 是高性能車專屬,但其實也能調校成為適合一般小型車所使用,在性能、日常實用性、節能與排放、耐用度之間取得完美的平衡點,而這就是為什麼小排氣量渦輪引擎的運用越來越廣泛的原因。

渦輪引擎的馬力與扭力輸出可藉由電腦程式改寫,要調校出適合各型車輛使用並不困難。

歐系代表車款如數家珍

嚴苛的環保法規源自歐洲,理所當然地,搶先一步投入小排量渦輪增壓引擎的車廠,都是以歐系品牌為主,值得一提的是,如 Toyota、Hyundai 等日韓品牌為了在歐洲市場搶得一席之地,也紛紛加入 Downsizing 的行列之中,實為令人樂見。

在此我們闡述幾個較具代表性的例子。一直以打造小車而著名的 Peugeot,就研發出 1.2L PureTech 三汽缸渦輪增壓引擎,已運用在 208、308、2008 等車款上,令人欣喜的是,這三款搭載 PureTech 動力的 Peugeot 皆已引進台灣,消費者能在第一時間享受這最新科技可說相當幸運。PureTech 是一套模組化引擎,輕量、體積小,還採用低摩擦係數處理,原廠提供 1.2L 110hp 及 1.2L 130hp 兩種型式,由於 130hp 版本專門搭配在強調運動性的手排車款上,因此國內僅引進 110hp 搭配 EAT 六速手自排變速箱的版本。

Peugeot 1.2L PureTech 運用在 208、308、2008 等多款車系上,最大馬力有 110hp 及 130hp 兩種設定。

Ford,也可說是 Downsizing 風潮的發起者,數年前就在歐洲率先推出 1.0L EcoBoost 引擎,同樣採三汽缸設計,不僅裝置在 Fiesta 小車上,甚至還搭載在 Mondeo 中大型房車,可見其效率非常可觀。國內在 2014 年導入 Fiesta 1.0 EcoBoost 國產,125 匹馬力搭配 PowerShift 變速箱,頗有小鋼砲的架式。

Ford 研發的 1.0L EcoBoost 引擎也有很高的知名度,小至 Fiesta,大至 Mondeo 都可對應。

歐洲最大汽車集團 VAG,也開發一具 1.0L 三汽缸渦輪增壓引擎,在國內販售的 Audi A1 25 TFSI 車款,就率先採用這具引擎,95hp/16.3kgm 的最大輸出看似不大,但是推動 0~100km/h 加速僅需 11.1 秒,平均油耗更達到 22.7km/L 的水準,徹底展現 Downsizing 的意義。

國內販售的 Audi A1 25 TFSI,搭載的正是 VW 集團開發的 1.0L 三汽缸渦輪增壓引擎,擁有不遜的 95hp/16.3kgm 動力輸出。
由 BMW 集團研發的 1.5L 三缸引擎,搭載在 2AT、MINI 等多款車上。

其他著名的例子,還有 BMW 集團研發 1.5L 三缸 TwinPower Turbo 引擎,使用在 2 Series Active Tourer、3 Series、MINI Cooper 等廣泛車型上。Toyota 則在稍早也公佈了全新 1.2T 引擎,採用 VVT-iW 氣門科技,未來會搭載於新款 Corolla 及 Auris 等歐規專屬車型上,而韓國 Hyundai 也有 1.0T 三缸引擎已運用在歐陸市售車上。種種跡象顯示在 Downsizing 成為汽車集團一致的目標之下,小排氣量渦輪增壓引擎將是未來最具潛力的節能動力選項。